Neutrinos - Neutrinos Definición - ¿Qué Son Los Neutrinos?


Fermión neutro de masa nula o muy pequeña. Posee un espín de 1/2. No sufre ni la interacción nuclear fuerte, ni la interacción electromagnética, aunque si se ve afectada por la interacción nuclear débil.

Puesto que solo sufren la interacción nuclear de débil, la posibilidad de que un neutrino interactúe con la materia es muy pequeña. Así, se necesitaría un bloque de plomo de una longitud de un año luz para detener a la mitad de los neutrinos que lo atravesasen. Los detectores de neutrinos típicos están formados por toneladas de material (como por ejemplo agua) de forma que se produzcan unas pocas interacciones con neutrinos al día.

Existen tres tipos de neutrinos asociados a cada una de las familias leptónicas: neutrino electrónico (νe), neutrino muónico (νμ) y neutrino del tau (ντ).

El 31 de mayo de 2010 se comunicó la observación por primera vez de la oscilación de un neutrino, es decir la oscilación de los neutrinos entre sus distintos tipos con el tiempo. Este fenómeno solo es posible si los neutrinos tienen masa, lo cual podría explicar, al menos en parte, el problema de la materia oscura.

El 14 de marzo de 2012 se comunicó que científicos de las universidades de Rochester y Estatal de Carolina del Norte lograron la primera transmisión de información utilizando neutrinos, más concretamente de la secuencia de caracteres "Neutrino".

Neutrino Definición


Diccionario de Astronomía

El neutrino es una partícula elemental perteneciente a la misma familia del Electrón. Como indica su propio nombre, es una partícula carente de carga eléctrica. En cuanto a la masa, o es nula o bien, como lo demostrarían los estudios más recientes, es muy pequeña, por lo menos diez mil veces menor que la del electrón.

Los neutrinos son partículas producidas en gran cantidad en el curso de los procesos termonucleares que se llevan a cabo en el interior de las estrellas. Se calcula que, sólo del Sol, nosotros recibimos un flujo equivalente a diez mil millones de cm cuadrados por segundo.

La determinación de la masa y de otras características físicas de los neturinos es relativamente problemática, porque estas partículas interactúan muy poco con la materia y por lo tanto son de difícil determinación. Baste pensar que, mientras estamos leyendo, billones y billones de neutrinos atraviesan nuestra casa, nuestro cuerpo, la Tierra entera, sin ser desviados por las partículas elementales que constituyen todas estas cosas.

¿Qué Son Los Neutrinos?


Los neutrinos son partículas subatómicas de tipo fermiónico, sin carga y espín 1/2. Desde hace unos años se sabe, en contra de lo que se pensaba, que estas partículas tienen masa, pero muy pequeña, y es muy difícil medirla. Hoy en día, se cree que la masa de los neutrinos es inferior a unos 5,5 eV/c2 lo que significa menos de una milmillonésima de la masa de un átomo de hidrógeno. Su conclusión se basa en el análisis de la distribución de galaxias en el universo y es, según afirman estos científicos, la medida más precisa hasta ahora de la masa del neutrino. Además, su interacción con las demás partículas es mínima por lo que pasan a través de la materia ordinaria sin apenas perturbarla.

La masa del neutrino tiene importantes consecuencias en el modelo estándar de física de partículas ya que implicaría la posibilidad de transformaciones entre los tres tipos de neutrinos existentes en un fenómeno conocido como oscilación de neutrinos.

En todo caso, los neutrinos no se ven afectados por las fuerzas electromagnética o nuclear fuerte, pero sí por la fuerza nuclear débil y la gravitatoria.

¿Qué se Conoce (y Desconoce) de Los Neutrinos?

Estas partículas se descubrieron a finales de la década de los cincuenta en una central nuclear. Se declinan en tres tipos: el neutrino de electrón –el más corriente–, el muónico y el tau. Les caracteriza que tienen una masa muy pequeña e interaccionan muy poco con la materia. Nos hemos hecho muchas preguntas en torno a los neutrinos: se desconoce su masa, así como sus propiedades electromagnéticas, por lo que se hace muy difícil su estudio. Con todo, proporciona sorpresas como la anunciada por el CERN de Ginebra. También hay que tener en cuenta que el sol produce neutrinos de tipo electrón y, cuando éstos llegan a la Tierra, se transforman en muónicos, algo que no sabemos por qué ocurre. Además, en el Universo hay casi tantos neutrinos como fotones.

Los Neutrinos ¿Son Materia o Energía?

Los físicos del siglo XIX creían que la materia y la energía eran dos cosas completamente diferentes. Materia era todo aquello que ocupaba un espacio y que poseía masa. Y al tener masa, tenía también inercia y respondía al campo gravitatorio. La energía, en cambio, no ocupaba espacio ni tenía masa, pero podía efectuar trabajo. Además se pensaba que la materia consistía en partículas (átomos), mientras que la energía se componía de ondas.

Por otro lado, los físicos del siglo XIX creían que ni la materia ni la energía, cada una por su parte, podía ser creada ni destruida. La cantidad total de materia del universo era constante, igual que la cantidad total de energía. Había, pues, una ley de conservación de la energía y una ley de conservación de la materia.

Albert Einstein demostró más tarde, en 1905, que la masa es una forma muy concentrada de energía. La masa podía convertirse en energía y viceversa. Lo único que había que tener en cuenta era la ley de conservación de la energía. En ella iba incluida la materia.

Hacia los años veinte se vio además que no se podía hablar de partículas y ondas como si fuesen dos cosas diferentes. Lo que solemos considerar partículas actúa en ciertos aspectos como ondas. Y lo que normalmente consideramos como ondas, actúa en ciertos aspectos como partículas. Así pues, podemos hablar de "ondas del electrón", por ejemplo; y también de "partículas de luz", o "fotones".

Una diferencia sí que sigue habiendo. Las partículas de materia pueden hallarse en reposo respecto a un observador. Aun estando en reposo, poseen masa. Poseen una "masa en reposo", mayor que cero.

Las partículas como los fotones, por el contrario, tienen una masa en reposo nula. Estando en reposo respecto a nosotros, no podríamos medir masa alguna. Pero eso es pura teoría, porque las partículas que tienen una masa en reposo nula jamás pueden estar paradas respecto a ningún observador. Esas partículas se mueven siempre a una velocidad de 299.793 kilómetros por segundo a través del vacío. Tan pronto como nacen, empiezan a moverse a esa velocidad.

Precisamente porque los fotones se mueven siempre a 299.793 kilómetros por segundo (en el vacío) y porque la luz está compuesta de fotones, llamamos a esta velocidad la "velocidad de la luz".

¿Y los neutrinos? Los neutrinos se forman en ciertas reacciones nucleares y ningún físico atómico ha sido hasta ahora capaz de medir su masa. Es muy probable que los neutrinos, como los fotones, tengan una masa en reposo nula.

En ese caso, los neutrinos viajan siempre a 299.793 kilómetros por segundo y adquieren esa velocidad en el instante en que se forman.

Pero los neutrinos no son fotones, porque ambos tienen propiedades muy distintas. Los fotones interaccionan fácilmente con las partículas de materia, y son retardados y absorbidos (a veces muy rápidamente) al pasar por la materia. Los neutrinos, por el contrario, apenas interaccionan con las partículas de materia y pueden atravesar un espesor de años-luz de plomo sin verse afectados.

Parece claro, por tanto, que si los neutrinos tienen una masa en reposo nula, no son materia. Por otro lado, hace falta energía para formarlos, y al alejarse se llevan algo de ella consigo, de modo que son una forma de energía.

Sin embargo, atraviesan cualquier espesor de materia sin interaccionar apenas, de modo que prácticamente no efectúan trabajo. Lo cual les distingue de cualquier otra forma de energía. Lo mejor quizá sea llamarlos simplemente... neutrinos. neutrinos.

Experimento del Neutrino


El experimento del neutrino, o experimento del neutrino de Cowan y Reines, fue realizado por Clyde L. Cowan y Frederick Reines en 1956. Este experimento confirma la existencia del antineutrino (una partícula subatómica de carga neutra y de masa casi nula).

Historia

En los años 1930, a través del estudio de la desintegración beta, se sugirió la existencia de una tercera partícula, de masa cercana a 0 y con carga eléctrica nula, pero nunca fue observada.

Potencial de Experimento

En la desintegración beta la partícula predicha, el antineutrino electrónico (), debe interactuar con un protón para producir un neutrón y un positrón (la antimateria contraparte del electrón).

Neutrino Electrónico


El electrón-neutrino (o neutrino electrónico) es una partícula elemental que pertenece al grupo de los leptones. Tiene spin ½, y una masa como mucho un millón de veces menor que la del electrón, pero no nula.

Como tiene una masa tan pequeña, siempre se mueve a una velocidad cercana a la velocidad de la luz, por eso los científicos pensaban que el neutrino carecía de masa, y era por tanto un luxón. Más adelante se descubiría el fenómeno de la oscilación de neutrinos, que consiste básicamente en que los neutrinos cambian constantemente de sabor. Como consecuencia de la oscilación, los neutrinos deben de tener una masa no nula.

No tiene carga eléctrica, y como sólo interacciona a través de la interacción débil (la interacción gravitatoria en el mundo de las partículas es ínfima), es una partícula muy difícil de detectar, y además (debido a la oscilación) es prácticamente indistinguible de los otros dos neutrinos del modelo estándar.

Neutrino Muónico


El neutrino muónico es una partícula elemental que pertenece al grupo de los leptones. Tiene espín ½, y una masa muy pequeña, pero no nula.

Como tiene una masa tan pequeña, siempre se mueve a una velocidad cercana a la velocidad de la luz, por eso los científicos pensaban que el neutrino carecía de masa, y era por tanto un luxón. Más adelante se descubriría el fenómeno de la oscilación de neutrinos, que consiste básicamente en que los neutrinos cambian constantemente de sabor. Como consecuencia de la oscilación, los neutrinos deben de tener una masa no nula.

No tiene carga eléctrica, y como sólo interacciona a través de la interacción débil (la interacción gravitatoria en el mundo de las partículas es ínfima), es una partícula muy difícil de detectar, y además (debido a la oscilación) es prácticamente indistinguible de los otros dos neutrinos del modelo estándar.

En septiembre de 2011, el experimento OPERA del CERN obtuvo atención internacional cuando se anunció la posible detección de muones neutrinos viajando a una velocidad superior a la velocidad de la luz.

Problema de Los Neutrinos Solares


El problema de los neutrinos solares se debió a una gran discrepancia entre el número de neutrinos que llegaban a la Tierra y los modelos teóricos del interior del Sol. Este problema que duró desde mediados de la década de 1960 hasta el 2002, ha sido recientemente resuelto mediante un nuevo entendimiento de la física de neutrinos, necesitando una modificación en el modelo estándar de la física de partículas, concretamente en las oscilaciones de neutrinos. Básicamente, debido a que los neutrinos tienen masa, pueden cambiar del tipo de neutrino que se produce en el interior del Sol, el neutrino electrónico, en dos tipos de neutrinos, el muónico y el tauónico, que no fueron detectados.

Introducción

El Sol es un reactor de fusión nuclear alimentado por una reacción protón-protón en cadena la cual convierte cuatro núcleos de hidrógeno (protones) en helio, neutrinos y energía. El exceso de energía es liberada como rayos gamma y energía cinética de las partículas, incluyendo los neutrinos los cuales viajan desde el núcleo solar hasta la Tierra sin ninguna absorción apreciable por las otras capas solares.

A medida que los detectores de neutrinos se hicieron lo suficientemente sensibles para medir el flujo de neutrinos del Sol, se vio más claro que el número de neutrinos detectados era menor que lo predicho por los modelos. En diversos experimentos, el número de neutrinos detectados era entre la mitad y una tercera parte de la predicción teórica.

Mediciones

A finales de los 60 el experimento Homestake de Raymond Davis Jr. y John N. Bahcall fue la primera medida de flujo de neutrinos procedentes del Sol. Consistió de un tanque de 377,000 litros de . Un electrón-neutrino, al interactuar con un átomo de cloro resulta en un átomo de argón más un electrón. Contando los átomos de argón generados en el tanque se pudo estimar el flujo solar de neutrinos electrónicos. Se detectó un flujo tan sólo 23% del predecido por Bahcall.

Otros sucesivos experimentos de detectores radioquímicos y de Radiación de Cherenkov confirmaron el déficit, incluyendo el Observatorio de Neutrinos de Sudbury (Sudbury Neutrino Observatory).

El número esperado de neutrinos había sido calculado basándose en el modelo estándar solar el cual Bahcall había ayudado a establecer y daba detalles sobre los procesos internos del Sol.

En 2002 Raymond Davis Jr. y Masatoshi Koshiba ganaron parte del Premio Nobel de Física por el trabajo experimental de obtener que el número de neutrinos solares era en torno a un tercio de lo que predecía el modelo estándar.

Solución

Actualmente se cree que el problema de los neutrinos solares se ha debido a un inapropiada compresión de las propiedades de los neutrinos. Según el modelo estándar de la física de partículas, existen tres tipos de neutrinos: los neutrinos electrónicos, los neutrinos muónicos y los neutrinos tauónicos. A mediado de los 70, se creía firmemente que los neutrinos no tenían masa y por tanto su tipo era invariante. Sin embargo a partir de los 80 los físicos teóricos se dieron cuenta de que si los neutrinos tenían masa entonces podrían cambiar de un tipo a otro. Así pues los neutrinos solares "perdidos" podrían ser neutrinos electrónicos que hubieran cambiado de tipo a lo largo de su viaje a la Tierra y por lo tanto no fueron detectados.

La supernova 1987A proporcionó una evidencia de que los neutrinos podrían tener masa, debido a una diferencia de tiempo de los neutrinos detectados en el Kamiokande y el bajo número de neutrinos detectados contrarios al modelo de la supernova. Sin embargo los datos fueron insuficientes para sacar ninguna conclusión en claro.

La primera evidencia importante de la oscilación de los neutrinos fue en 1998 en el Super-Kamiokande en Japón. Produjo observaciones consistentes con neutrinos muónicos (producidos en las capas altas de la atmósfera por rayos cósmicos) que cambiaban a neutrinos tauónicos. Realmente lo que se probó fue que pocos neutrinos de los que pasaban atravesando la tierra eran detectados que pudieran ser detectados directamente sobre el detector. Estas observaciones se refieren a neutrinos muónicos provenientes de la interacción de los rayos cósmicos con la atmósfera terrestre, no se han observado neutrinos tauónicos en el Super-Kamiokande. Evidencias directas más recientes surgieron en el 2002 del Observatorio de Neutrinos de Sudbury (SNO) en Canadá. Se detectaron todos los tipos de neutrinos provenientes del Sol, y fue posible distinguir entre los neutrinos electrónicos y los otros dos tipos. Después de un exhaustivo análisis se estimó que un 35% de los neutrinos detectados eran electrónicos y el resto eran muónicos o tauónicos. El número total de neutrinos detectados está de acuerdo con las predicciones de la física nuclear, basándose en las reacciones del interior del Sol.

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