Jot Down Cultural Magazine – Juan José Gómez Cadenas: Paisaje sin neutrinos (III), decíamos ayer…

Juan José Gómez Cadenas: Paisaje sin neutrinos (III), decíamos ayer…

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Más de una vez me he imaginado a esos dos grandes de mi juventud, Luis de León y Miguel de Unamuno, dirigiéndose a sus alumnos, de vuelta a sus respectivas cátedras en la universidad de Salamanca, tras haber sido alejados de ellas a la fuerza. Los dos utilizan la misma frase: «decíamos ayer». Podrían haberlo hecho de otra manera. El sublime poeta, encarcelado por la inquisición, se sentiría sin duda tentado de quejarse desde su atril, de los sufrimientos y vejaciones padecidos a lo largo de los cuatro largos años que paso entre rejas pero prefirió callarse. Don Miguel tampoco se molestó en denostar al régimen de Primo de Rivera, que tan injustamente le había desterrado, apartándole de las aulas. Ambos escogieron consignar al olvido a verdugos y censores, enviándolos, con magistral elipsis, al abismo de la no existencia.

Pienso en ellos al retomar este blog, después de meses de silencio, de intenso trabajo, de preocupación que a veces rayaba la angustia, estos meses en los que NEXT, el experimento que dirijo, caminaba por la delgada línea roja que separa lo posible del podría haber sido. Se nos acababa la financiación a finales de año, la situación del país hacía impensable encontrar más recursos en las vacías arcas de la ciencia española y la única escapatoria al expediente de crisis era la posibilidad de un milagro europeo.

El veredicto lo esperaba a mediados de julio, y no era la primera vez que me veía en capilla, rezando a todas las divinidades en las que no creo para que Europa me concediera uno de sus proyectos avanzados Advanced Grants. La diferencia es que, en convocatorias anteriores, aún contaba con algunos recursos de CUP, un proyecto CONSOLIDER-Ingenio, que permitió poner en marcha la aventura de NEXT y ha sido nuestra sustento principal durante un lustro. Así que, cada año, cuando llegaba la carta en la que el director del programa AdG lamentaba comunicarme que otra vez será, chico, me decía a mí mismo: «aún puedo aguantar un poco más sin cerrar el negocio». Y aguantaba, como han hecho y siguen haciendo tantos otros españolitos de a pie. Este mes de julio, en cambio, era César o nada, la suerte o la muerte. Y fue la suerte. Cuando ya no me quedaba una nave por quemar.

NEXT son las siglas de  Neutrino Experiment with a Xenon TPC. Lo que pretendemos es demostrar que Ettore Majorana (ese joven de pelo negro y lacio, aspecto enfermizo y mirada triste, que dejamos acodado en un paquebote, camino de Palermo, mirando al mar en una noche de 1938) tenía razón cuando propuso la extraña posibilidad de que el neutrino fuera su propia antipartícula. Decíamos ayer (en el último post de este blog) que Fred Raines y Clyde Cowan habían demostrado la existencia del neutrino, allá por 1955, con un detector situado junto al reactor nuclear de Savannah River. En el interior del reactor se producen trillones de estas partículas, como consecuencia de las desintegraciones radioactivas de los productos de fisión, lo que hace posible detectarlos a pesar de que su probabilidad de reaccionar con la materia ordinaria es muy baja. No obstante, tanto va el cántaro a la fuente. En un trillón de fantasmas siempre hay algún infeliz que de repente se estrella contra las duras moléculas de lo real.

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Izquierda: el tritio es un elemento radioactivo (famosos por los escapes en Fukushima) que se desintegra beta, emitiendo neutrinos. Derecha: en la desintegración del beta, uno de los neutrones del núcleo radioactivo se transforma en un protón, emitiendo en el proceso un electrón y un antineutrino.

Ahora bien, en un reactor nuclear no se producen neutrinos, sino antineutrinos, la partícula de antimateria que refleja al neutrino en uno de los curiosos espejos de la naturaleza. La antimateria, tan famosa hoy en día (sobre todo gracias a los cómics de Marvel y las novelas de Dan Brown) surgió de la mente de P.A.M. Dirac, tan perfecta y completa como Atenea emanando de la cabeza de Zeus. El genial físico (lo contaré otro día) estudió las soluciones de su ecuación y se vio obligado a emitir su propio juicio de Paris. ¿Quién es más bella, mi ecuación o la naturaleza? No tuvo dudas. Si su ecuación predecía la existencia de soluciones de energía negativa, entonces a las deidades olímpicas no le quedaba otro remedio que darles sentido. Y declaró: «la antimateria existe». Unas décadas más tarde, los físicos de partículas se maravillaban observando los productos de las colisiones en sus grandes aceleradores. Por cada electrón, la naturaleza producía un positrón, idéntico a este pero con carga eléctrica positiva, una copia fiel de su hermano y a la vez su absoluta némesis. Cuando un electrón y un positrón se encuentran ambos desaparecen, produciendo energía pura. Donde antes había materia, solo queda luz. La consumación perfecta del amor, aniquilarse en un solo destello de pura felicidad.

Pero incluso un niño podría distinguir un electrón de un positrón, ya que sus cargas eléctricas son opuestas. Ahora bien, el neutrino no tiene carga eléctrica. ¿Cómo saber entonces quién es materia y quién antimateria?

La respuesta correcta es fijarse en quién los produce. Las desintegraciones beta producen antineutrinos (tal como midieron Fred & Raines). La captura beta inversa, en la que un isótopo radioactivo prefiere merendarse un electrón y transformarse en otro isótopo a emitirlo (como ocurre en la desintegración beta normal) produce neutrinos. A un nivel elemental, cuando un neutrón se desintegra en un protón, produce antineutrinos.

n \rightarrow p^+ + e^- + \hat\nu

Y cuando un protón absorbe un electrón para transformarse en un neutrón produce neutrinos:

p^{+}+e^{-}\rightarrow n+v

Eso es, definimos a la partícula o antipartícula por la reacción que la produce. ¿Pero qué tipo de propiedad hace a un neutrino diferente de un antineutrino? Ya hemos visto que el atributo que hace a un electrón diferente de un positrón es su carga eléctrica. ¡Pero los neutrinos no tienen carga! Si tampoco tuvieran masa, entonces podríamos encontrar una etiqueta para diferenciarlos, a saber. Si nos imaginamos las partículas elementales como pequeñas esferas que giran alrededor de un eje de simetría (la analogía obvia es la rotación de la Tierra) los antineutrinos serían destrógiros y los neutrinos levógiros. Es decir, en esta analogía clásica describimos un antineutrino como una esfera que gira en la dirección de las agujas del reloj y un neutrino como una esfera que gira en dirección contraria. Por otra parte, si el neutrino tiene masa, el carácter destrógiro (levógiro) de antineutrinos (neutrinos) es solo aproximado. La aproximación es muy buena ya que sabemos que la masa de los neutrinos es minúscula, pero le da a la naturaleza un pequeño margen de maniobra.

Ettore Majorana, nuestro trágico héroe, postuló hace ya más de ochenta años que de hecho neutrinos y antineutrinos no son diferentes. Dicho de otra manera, a diferencia de lo que ocurre en el caso de los electrones, lo que vemos como «neutrino» en la desintegración beta o como «antineutrino» en la beta inversa, son dos aspectos de la misma partícula. En una de sus versiones, la partícula se nos presenta como «casi levógira» y la llamamos neutrino. En otra como «casi destrógira», esto es, un antineutrino. Pero, llegado el caso, nuestro neutrino puede cambiar su sentido de giro (tanto más fácilmente, dicho sea de paso cuanto más masa tenga). Quién lo diría. Tan evanescente y diminuto y sin embargo sabe adaptarse a las circunstancias.

Imagino a algún lector dedicándome una comprensiva sonrisa y agitando reflexivamente la cabeza mientras piensa, «estos físicos…». ¿A quién de los sufridos pasajeros del paquebote España, haciendo aguas por la economía de mercado y a punto de partirse en las ínsulas Baratarias del nacional capitalismo, le importa un ardite si el neutrino es, o no, su propia antipartícula?

Considera, sin embargo, mon semblable, mon frère, que esta tormenta perfecta que nos azota no llega ni a suave brisa comparada con la que agitaba el universo primitivo. Hubo un momento, poco después del Big Bang, en el que el mundo era una sopa caliente de partículas y antipartículas. Electrones y positrones se disponían a liberar la madre de todas las batallas, dos ejércitos perfectamente equilibrados en los que el número y la furia de los Montescos compensaba matemáticamente la de los Capuletos. ¿Qué habría emergido de esa conflagración? Energía pura. Luz que no habría creado galaxias y planetas, volcanes y océanos, desiertos y azucenas, delfines y muchachas en flor.

Excepto que también en esa guerra había un caballo de Troya, un poco más ángel que demonio o quizás al contrario. Los neutrinos que postuló Majorana podrían haber existido en el universo primario, bestias capaces de desintegrarse tanto a electrones como a positrones, inyectando en la desprevenida noche del cosmos un ligero desequilibrio entre materia y antimateria. El universo actual no es otra cosa que los restos de aquella guerra.

Así que no es exagerado concluir que los neutrinos de Majorana podrían ser responsables de la existencia de todo el universo (incluyendo, me temo, la Bolsa y la telebasura). El propósito de NEXT es demostrar que Majorana tenía razón.

fig12

Imágenes del prototipo NEXT-DEMO, instalado en el laboratorio del IFIC, en Valencia.

Pero para eso hay que construir el experimento, lo que requiere desarrollar una tecnología puntera, construir prototipos, equipar laboratorios y formar equipos humanos. En cinco años hemos conseguido todo eso. Pero este mes de julio, yo no era en absoluto diferente al gerente de una pyme, que ve como su empresa se arruina. De nada me servía que nuestro prototipo, NEXT-DEMO, fuera el aparato más avanzado del mundo de su tipo, ni la extraordinaria calidad del equipo de jóvenes ingenieros y doctores que hemos formado. Sin financiación, todo se iba al garete. ¿Y cómo pago a los chicos?, me preguntaba cada día. ¿Y qué hago si tenemos que cerrar el laboratorio? ¿Y cómo seguimos adelante?

Hay que decir que en España, el Santo Oficio nunca desapareció del todo. Los modernos inquisidores han cambiado sus métodos de tortura y disimulado sus mazmorras, pero siguen convencidos de que la hoguera es la mejor medicina para los herejes, incluyendo aquellos que se atreven a proponer ideas que ponen en entredicho su fe o sus habichuelas. Habría mucho que contar de esos inquisidores. Pero, ¿vale la pena?

Si Luis de León y Miguel de Unamuno pudieron obviarlos también yo puedo hacerlo ahora que me veo (ojalá dure) fuera del calabozo. No me resisto, eso sí, a copiar las líneas, quizá apócrifas, atribuidas al místico cuando abandonó su celda.

Aquí la envidia y mentira
me tuvieron encerrado.
¡Dichoso el humilde estado
del sabio que se retira
de aqueste mundo malvado
y, con pobre mesa y casa,
en el campo deleitoso,
con sólo Dios se compasa,
y a solas su vida pasa
ni envidiado ni envidioso

Quizá Ettore Majorana no saltó al mar aquella noche de 1938. Quizás en lugar de cometer suicidio decidió seguir los consejos de fray Luis y retirarse del mundo. Quizá encontró un refugio donde pasar a solas, o con la compañía de Dios, que viene a ser lo mismo, el resto de su vida, ni envidiado ni envidioso. Yo por mi parte, prefiero la trinchera. Y más ahora que tenemos munición europea en nuestras armas —nuestros instrumentos y nuestra devoción— cargadas de futuro.

11 comentarios

  1. Maestro, yo sí me siento envidioso, chaval, qué bien escribes!

  2. Para los muy cafeteros, la leptogénesis en la Wikipedia:
    http://en.wikipedia.org/wiki/Leptogenesis_%28physics%29

  3. Enhorabuena, compañero, por el ERC Advanced Grant. Y a seguir en la brecha. Saludos de un recién re-emigrado.

  4. Hola! ya me enteré que te has vuelto a Alemania. Espero que sea para bien. Ya sabes donde nos tienes!

  5. Enhorabuena por tu ERC y por los excelentes articulos que constituyen esta serie de “deciamos ayer” Te auguro lo mejor con NEXT y que veamos pornto la linea del double beta-decay. Un paso seguro a un primer premio nobel Español. Un saludo desde Ginebra.

  6. Madrugar un domingo, y encontrarme un artículo nuevo de “Faster than light”… Una sorpresa, un lujo, un privilegio.
    Respecto a la frase “A quién […] le importa un ardite si el neutrino […]?”: A todos nos importa, aunque muchos no sean conscientes. Nos salva esa curiosidad. Y el saber que, en algún sitio, alguien amplía fronteras.

  7. Gracias Raul y Lluis. Un abrazo a ambos

  8. Tenía reservada esta tarde para leer este artículo y me alegro. Hay que leerlo sin prisas.
    Agradezco mucho estos artículos porque los que no somos expertos nos sentimos un poco menos ignorantes..
    Tengo una duda (a lo mejor no he entendido algo); cuando dices: “Pero, llegado el caso, nuestro neutrino puede cambiar su sentido de giro (tanto más fácilmente, dicho sea de paso cuanto más masa tenga). Quién lo diría. Tan evanescente y diminuto y sin embargo sabe adaptarse a las circunstancias”. No tiene una masa fija determinada el neutrino/antineutrino?
    Muchas gracias, esperando el siguiente post!

  9. Gracias a ti, Victoria, por leerte el artículo y por las flores, que tanto se agradecen!

    Para que el neutrino pueda cambiar su sentido de giro es imprescindible que tenga un poco de masa. Si tiene masa cero entonces los antineutrinos son SIEMPRE destrógiros y los los neutrinos levógiros. Además se mueven exactamente a la velocidad de la luz!

    Pero si tienen un poco de masa, entonces el que sea levógiro o destrógiro depende del sistema de referencia! Dado que el neutrino ahora no viaja a la velocidad de la luz, puedo subirme en un cohete que lo adelante y cuando eso ocurre me parece que su sentido de giro cambia! Así pues tengo las dos componentes. Es sobre todo levógiro (ya que va “casi” a la velocidad de la luz y en “casi” todos los sistemas de referencia los veo girando en dirección contraria a las agujas del reloj). Pero tiene una componente destrógira! Y jugando con ambas se puede armar una partícula que sea neutrino o antineutrino según le convenga!

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