la masa de la “partícula fantasma” – .

Estima el peso de un fantasma. Algo así es lo que han conseguido algunos investigadores europeos. Sólo que no estamos hablando de ectoplasmas, sino de la llamada “partícula fantasma”, el neutrino.

Una medida esquiva. Un equipo de físicos dirigido por investigadores del Instituto Max Planck de Física Nuclear ha logrado una nueva estimación de la masa del neutrino, una de las partículas subatómicas más esquivas que conocemos.

La partícula fantasma. La historia de este misterio comienza en la década de 1930, cuando los físicos se dieron cuenta de que algo andaba mal en la desintegración del núcleo atómico. Algo faltaba, algo desconocido. Luego imaginaron “partículas fantasma” que absorbían parte del impulso de los átomos en transformación. A mediados de los años cincuenta “capturaron” esta partícula, el neutrino.

Pero los neutrinos apenas interactúan con el resto de partículas, lo que seguía convirtiéndolas en una partícula un tanto “fantasmal”. Tanto es así que hasta hace relativamente poco tiempo creíamos que no tenían masa, como los fotones. Algo que, explican los responsables del estudio, encaja perfectamente en el modelo estándar, el modelo físico que intenta describir las partículas subatómicas y sus interacciones.

Hasta que se descubrió que los neutrinos “oscilaban” entre tres tipos. Algo que implicaba que esta partícula debía tener “masa en reposo”.

Una escala nuclear. ¿Cómo pesamos entonces una partícula que hasta hace poco creíamos que no tenía masa? Existen dos métodos complementarios, explica en un comunicado de prensa Christoph Schweiger, uno de los coautores del estudio.

Uno de estos métodos es la desintegración beta del tritio, el isótopo del hidrógeno (hidrógeno-3), en cuyo núcleo se pueden encontrar dos neutrones y un protón. En esta desintegración, uno de los neutrones se desintegra en un protón, convirtiendo el átomo en helio-3 y liberando un electrón y un neutrino en el proceso. Esta fue la técnica utilizada hace unos años por el experimento KATRIN.

“La vía complementaria es la captura de electrones en el isótopo artificial holmio-163”, continúa Schweiger. Esta desintegración comienza con la absorción, por parte del núcleo del átomo, de un electrón de la capa interna de este isótopo. Aquí un protón se convierte en neutrón, transformando el átomo en un isótopo de disprosio-163 y liberando también un neutrino. El disprosio y el holmio son los elementos que corresponden, respectivamente, a los números atómicos 66 y 67, y ambos pertenecen al grupo de los lantánidos.

E=mc2. El equipo del consorcio ECHo trabajó en la medición energética de este proceso. Como masa y energía son equivalentes (como nos dice la conocida ecuación de Einstein), y éstas no se crean ni se destruyen, basta con saber la masa que había en el sistema antes y después de la desintegración de un isótopo en otro y resolver el desconocido

Pero este misterio tiene dos componentes. Por un lado, la masa del neutrino liberado, por otro el “valor Q”, la cantidad de energía liberada o absorbida en este tipo de reacciones. Para medir esto último, el equipo utilizó un “calorímetro”.

Pentatrampa. Pero había un problema. El isótopo de holmio utilizado en el experimento se incorporó a una lámina de átomos de oro. Estos átomos podrían tener algún tipo de influencia sobre el isótopo, por lo que decidieron combinar la medición inicial con una nueva obtenida mediante otra metodología y así detectar hipotéticos errores.

Esta herramienta es la “pentatrampa”, un instrumento combinado de cinco trampas Penning. Estas trampas atrapan átomos utilizando electricidad estática y un campo magnético. La precisión de esta herramienta equivale a medir la masa de una gota de agua en un Airbus A380, explica Schweiger.

Este dispositivo funciona haciendo vibrar y midiendo la vibración de diferentes átomos, en este caso los iones disprosio-163 y holmio-163. Con ello consiguieron una medición del valor Q que era 50 veces más precisa. Los detalles del experimento fueron publicados en un artículo de la revista. Física de la naturaleza.

Puerta abierta a lo desconocido. ¿El resultado obtenido? El experimento estimó una masa máxima de 0,8 electronvoltios multiplicada por la velocidad de la luz al cuadrado (eVm2). Esto es: 1,4·10^(-33) gramos. O lo que sería lo mismo, 0,0014 quectogramos (qg) usando los nuevos prefijos del Sistema Internacional. La estimación mínima sería de 0,12 eVm2.

Para los responsables del estudio, esta medida representa una clave para un “mundo desconocido”, la tan esperada nueva física que podría ayudarnos a resolver algunas aparentes contradicciones en nuestros modelos actuales y otras preguntas que aún no sabemos cómo responder. Por ahora tendremos que conformarnos con un pequeño paso. Aunque no tan pequeño como un neutrino.

En Xataka | Esta foto del sol fue tomada de noche, desde una mina en Japón y mirando a través de la tierra en lugar del cielo.

Imagen | Pentatrampa. MPI de Física Nuclear / Primera detección de un neutrino. Departamento de Energía de EE. UU.