El Sol esconde algo…


Nuestro Sol, como buena estrella, es un magnífico laboratorio para reacciones nucleares. Debido a esto uno puede calcular cuantos neutrinos tiene que producir y cuantos deberíamos de recibir en la tierra.

Y entonces el Sol se desquita con una incógnita, una pregunta que nos llevó un poco responder adecuadamente. Cuando medimos los neutrinos procedentes del Sol encontramos que hay menos de los que uno espera. ¿A qué se debe esto?

Esta entrada no pretende ser exhaustiva ni formal, pretendemos presentar el problema de la manera más simple posible para que se pueda entender de qué se habla cuando leemos o escuchamos: El problema de los neutrinos solares.

El Sol

El Sol es un horno donde se producen reacciones nucleares muchas de las cuales producen neutrinos. Confiamos en nuestro modelo de constitución solar porque gracias a él podemos determinar los movimientos de las capas del Sol, la dinámica de sus manchas incluso las tormentas solares.

De este modo podemos poner una tabla de los procesos nucleares en el Sol que darán neutrinos como productos de la reacción:

No vamos a entrar en los detalles pero aquí vemos como existen varios procesos nucleares que dan como resultado neutrinos (de tipo electrónico) \nu_e (reflejados en azul en la figura anterior).

Pues bien, uno puede diseñar experimentos en la Tierra para ver los neutrinos que nos llegan del Sol. Esto se basa en que los neutrinos a pesar de interaccionar muy poco con la materia lo hacen siempre siguiendo unas reacciones muy bien conocidas. Valga como ejemplo esta figura:

Lo que ocurre es que para detectar neutrinos hacen falta dos cosas:

1.-  Detectores muy grandes para que los neutrinos puedan interactuar con la materia del detector.

2.-  Tener paciencia para darle tiempo a algún neutrino procedente del Sol a interactuar con el detector.

Pues bien, existen muchos experimentos que hacen esto cada uno de los cuales puede detectar neutrinos solares a distintas energías, esto dependerá del tipo de material y dispositivo de registro de las reacciones que estén usando en cada experimento.  El caso es que tenemos muy buen control de los neutrinos que nos llegan del Sol:

Cada zona verde indica un experimento basado en un material de detección diferente. Y las letras sobre las líneas representan a qué procesos nuclear solar pertenecen los neutrinos detectados.

¡Perfecto!. Bueno, no tanto, porque resulta que cuando uno se pone a calcular el número de neutrinos que tendríamos que ver en los experimentos y lo compara con el número que vemos obtenemos esto:

En morado los neutrinos detectados experimentalmente. La columna amarilla, roja y verde (cada color representa neutrinos producidos en un proceso nuclear diferente, pero no es relevante para lo que nos ocupa) no dice el número de neutrinos que esperaríamos ver teóricamente.

El problema es evidente, todos los experimentos diseñados para detectar neutrinos solares nos arrojan un resultado menor que lo que esperamos según nuestras teorías sobre los neutrinos y nuestro modelo del Sol.  A esto se le conoce como el problema de los neutrinos solares.  La primera vez que se tuvo constancia de esto fue en 1960 cuando Davis y Bahcall midieron por primera vez los neutrinos procedentes del Sol.

¿Como resolvemos el problema?

Pues tenemos al menos dos opciones:

a)  Nuestro modelo solar no es correcto.

b) No entendemos la física de los neutrinos.

La primera opción es complicada de aceptar debido a que podemos predecir muchas cosas del Sol basándonos en nuestros modelos.  Además tenemos un magnífico entendimiento de la física nuclear que es importante para el comportamiento del Sol. Por lo tanto tenemos que aceptar que nuestro entendimiento de los neutrinos no es perfecto.

Y sí amigos, la solución está en que los neutrinos que estamos midiendo son los conocidos como neutrinos electrónicos.  Es decir, son esos neutrinos que cuando interactúan con la materia producen electrones o positrones en el proceso.  Pero hay dos tipos más, los muónicos y los tauónicos:

Y ahora sabemos que los neutrinos de un tipo se convierten en neutrinos de otro tipo conforme van viajando, esto es la oscilación de neutrinos.  Por tanto, como estos experimentos sólo detectan un tipo de neutrinos miden menos de los esperados porque cuando un neutrino tipo electrónico sale del Sol, en el camino va cambiando a muónico o tauónico. Esto da como resultado que al llegar al detector, que está diseñado para detectar sólo de tipo electrónico, los que se han convertido en tipos muónico o tauónico no reaccionan y se cuentan como neutrinos que no se han visto.  Si disponemos un experimento que mida los tres tipos de neutrinos encontraríamos que el número total de neutrinos solares coincide con lo que uno espera teóricamente.

Este es un ejemplo magnífico de sorpresas que nos esconde la naturaleza.

Quiero leer más…

Oscilación de neutrinos en el Blog de Francis 

Nada mejor que leer a Bahcall sobre neutrinos solares para la fundación Nobel.

Una estupenda charla de Davis Jr. en su lección tras el Nobel de Física. (video en inglés, pero habla muy despacio y se ven las transparencias)

Y por este blog hemos escrito un par de veces sobre neutrinos… 🙂

Nos seguimos leyendo…

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4 Respuestas a “El Sol esconde algo…

  1. MUY INTERESANTE. GRACIAS.

  2. Bueno, pero para algo le debe servir a uno la cabezota, porque si se sabe que A màs B màs C da D y solamente en la ecuaciòn estamos viendo el resultado de A, lo lògico es pensar que algo pasa.

  3. Excelente !! Viva la logica y el pensamiento lateral!

  4. Si seguimos así, a prueba de bobo, desarrollándoles el pensamiento lógico, el pensamiento físico a los chicos, en su idioma y cultura, en unos anos, unos mocosos, nos van a decir:
    “Miren, de lo que ustedes no se habían dado cuenta era de esto. ¿Cómo es posible que algo tan evidente, no lo vieran?, pero que brutos son. Así, es la vida,…
    http://francisthemulenews.wordpress.com/2012/06/05/la-oscilacion-de-los-neutrinos/

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