Neutrino

¿Qué es un neutrino?

Los neutrinos son partículas subatómicas que pertenecen a los leptones, componentes de la materia, llamada ordinaria con los quarks y los electrones (véase tabla adjunta).
El neutrino tiene una masa supone que es cero, pero nunca se ha medido, sin embargo, se reconoce que no es cero.
El neutrino no es sensible a la interacción fuerte (fuerza nuclear), por contra, es sensible a la interacción débil responsable de la desintegración del átomo, y tal vez a la interacción electromagnética.
Cientos de miles de millones de neutrinos pasan a través de nuestros cuerpos cada segundo, incluso una gigantesca pared de plomo no puede parar los neutrinos, lo que explica por qué son muy difíciles de detectar. Sin embargo, de vez en cuando, un neutrino choca con la materia, ellos son los que los científicos esperan con sus detectores.
Los neutrinos son emitidos en abundancia por las estrellas durante el colapso de una supernova.
Los neutrinos viajan casi a la velocidad de la luz e interactúan muy débilmente con la materia.
Hay tres sabores de neutrinos :
- El neutrino electrónico (νε), descubierto en 1956 por Frederick Reines (1918 − 1998) y Clyde Cowan (1919 - 1974), que acompaña a la emisión de un electrón. Se emite durante la desintegración β⁻, es decir, durante la transformación de un neutrón en un protón.
- El neutrino muón (νμ) descubierto en 1962 en Brookhaven. Se emite durante la desintegración de un muón (electrón pesado).

- El neutrino tau (ντ) descubierto en 2000 en el Fermilab en Batavia, cerca de Chicago. Se emite durante la desintegración de un tauón.
Sólo el neutrino electrónico es estable, otros son inestables y se descomponen muy rápidamente para alcanzar una partícula estable.
La desintegración radiactiva es la transformación de la materia en energía, el número de núcleos radiactivos disminuye con el tiempo, se rige por el azar y su ley es estadística.
Los detectores de neutrinos normalmente se encuentran bajo tierra o bajo el mar para evitar en lo posible, el sonido de fondo cósmica. En detector de cloro, un posible impacto de un neutrino convierte un átomo de cloro en un átomo de argón. En un detector de galio, un neutrino puede convertir un átomo de galio, en un átomo de germanio.
El detector OPERA en el Gran Sasso en Italia, se utiliza para experimentos de física de partículas diseñado para estudiar el fenómeno de oscilación de neutrinos.

N.B.: en el interior de un átomo hay nucleones, es decir, protones y neutrones, en cuyo interior hay quarks. El núcleo atómico está rodeado por una nube de electrones. La naturaleza de la materia es mucho más complejo de lo que se pensaba en el siglo 20. Ahora sabemos que el mundo de las partículas es extremadamente rico. Para entender lo infinitamente grande, el hombre crea máquinas infernales (Tevatron, LHC,...), cada vez más poderoso para "pelar" la materia, hasta los confines de lo infinitamente pequeño.

Imagen: Cuatro de estas partículas elementales sería suficiente, en principio, para construir el mundo que nos rodea : los quarks up y down, el electrón y el neutrino electrónico. Los otros son inestables y decaen para llegar a estas cuatro partículas. Las fuentes de neutrinos en la naturaleza son la Tierra, la atmósfera, el Sol, las supernovas, los reactores nucleares y el ser humano a través de los pocos mg de potasio radiactivo que contiene. Un ser humano emite ≈340 millones de neutrinos por día.

Neutrino y emisión beta

En el mundo de las partículas subatómicas que componen la materia, se encarga las energías las más pequeñas de la naturaleza y longitudes muy pequeñas del orden de 10⁻¹⁵ a 10⁻¹⁷ metros, muy por debajo del tamaño de un átomo que es 10⁻¹⁰ metros. Pero sabemos que un átomo se compone de 99,99% de vacío y es a este nivel que los neutrinos son. Las partículas no son visibles pero son detectables, sin embargo, si se aplica suficiente energía, del orden de gigaelectronvoltio (GeV). Energía y masa dos aspectos de un mismo fenómeno físico, según la famosa ecuación de Einstein (E = mc2), la masa se puede convertir en energía y viceversa. Debido a esta equivalencia, la masa y la energía se pueden medir con la misma unidad. En la escala de la física de partículas está el electronvoltio (eV).
La radiactividad es un fenómeno natural que se produce en el núcleo, en la profundidad del átomos. Nucleones no son todos estables, se desintegran de un estado a otro estado de equilibrio. El decaimiento es la transformación de la materia en energía (E = mc2). Se desintegrando, los núcleos emiten partículas de diferentes energías.
Hay 3 tipos de desintegración:
- La desintegración alfa (α) emite partículas cargadas (2 neutrones y 2 protones), sensibles al campo magnético. Estas partículas no pasan a través de una hoja de papel.
- La desintegración gamma (γ) emite una partícula, un fotón no visible que tiene una energía de 1 GeV, 1 millón de veces más enérgico que los fotones de luz visible. Estas partículas sólo se detienen frente a una placa de plomo. Estos fotones gamma tienen una carga electromagnética nula y por lo tanto son insensibles al campo magnético.

- La desintegración beta (β) se refiere a los neutrinos. Esto ocurrirá durante la desintegración de un núcleo, tal como cobalto 60 que va a transmutar en níquel 60 y durante esta transmutación, habrá emisión de un electrón y de un neutrino o antineutrino.
Es la medida de las energías de la desintegración beta en 1931, trajo Wolfgang Pauli (1900 - 1958) para proponer que la energía "faltante" fue llevado por otra nueva partícula, el neutrino. El neutrón aún no se descubre, será descubierto por el físico británico James Chadwick (1891 - 1974) en 1932.
La desintegración Beta menos es la emisión de un electrón y de un antineutrino que acompaña la transformación de un neutrón en un protón.
La desintegración Beta más es la transformación de un protón en un neutrón, con una emisión de positrones y de un neutrino.
Esta es la fuerza nuclear débil que es responsable de la desintegración de un neutrón en un protón o un protón en un neutrón sin cambiar el número de nucleones. Para equilibrar la carga, un electrón o un positrón se expulsa desde el núcleo. La emisión del electrón se acompaña de un antineutrino electrónico ∇e mientras que el positrón se acompaña de un neutrino electrónico νe.
Existen algunos emisores beta menos en la naturaleza:
- tritio 3 (³H⁺) que se convierte en helio 3 (³He²⁺)
- carbono 14 (¹⁴C) durante la absorción de neutrones por el nitrógeno 14 (¹⁴N) en la estratosfera y capas superiores troposfera.
- potasio 40 (⁴⁰K) que se transforma en calcio 40 (⁴⁰Ca).

Imagen: ejemplo de la desintegración beta para isótopo radiactivo de cobalto 60 (⁶⁰Co). Núcleo de cobalto 60, contiene 33 neutrones (gris) y 27 protones (rojas), que tiene un exceso de 6 neutrones. Un neutrón se convertirá en un protón. El núcleo de cobalto 60 se vuelve más estable y se transforma en níquel 60 (⁶⁰Ni⁺) con 28 protones (uno más) y 32 neutrones (uno menos), pero todavía 60 nucleones. Durante la desintegración, se crean dos partículas, un electrón y un antineutrino electrónico. Hay dos variantes de la desintegración beta, la desintegración beta menos, como en este caso con cobalto 60, que se transmuta en níquel 60 con la emisión de un electrón y la desintegración beta más que emite un positrón y un neutrino electrónico.