El fantasma y el arcángel

Primeros días de diciembre, año 1930. En el congreso de Tübingen, en Alemania, los científicos allí reunidos debaten apasionadamente sobre el misterio de la desintegración beta. Ciertos núcleos radioactivos emiten partículas beta (electrones), cuya energía es siempre inferior a la que se espera (es decir la diferencia de masas entre el núcleo padre y el núcleo hijo). Los resultados de numerosos experimentos confirman que, lejos de mostrar el valor constante que estipulan las leyes de la física, los electrones emitidos en la desintegración exhiben un continuo de energía, sin llegar nunca a la que deberían tener. Se diría que la energía no se conserva, lo cual, para los físicos es una blasfemia inaceptable.

Tanto es así, que un joven catedrático alemán, Wolfang Pauli (tiene apenas 30 años, pero ya es famoso por sus trabajos en mecánica cuántica) se atreve a proponer una «solución desesperada», en sus propias palabras. No lo hace en persona, sino a través de una carta que envía al congreso y lee un asistente. El encabezamiento de la carta es tan famoso en el gremio como su atrevida hipótesis: Liebe und Radioaktive Damen und Herren.

¿Qué es ese remedio desesperado? Pauli se atreva a postular la existencia de un fantasma. Puesto que las energías de los electrones muestran un amplio espectro que nunca llega al máximo en el que deberían concentrarse, el joven científico propone la existencia de una partícula adicional en la reacción que se lleva la energía que le falta al electrón. La hipótesis permite rescatar el principio de conservación de la energía, pero a cambio introduce una partícula neutral (sin carga eléctrica), que escapa toda detección (no se ve en los experimentos y por tanto no parece interaccionar con la materia ordinaria) y, finalmente, tampoco parece tener masa, ya que algunos electrones de la desintegración se miden con prácticamente toda la energía disponible, lo cual no deja espacio para la masa de ese «neutrón», que Pauli propone con arrojo y no sin apuro.

La idea causa enorme revuelo. Por una parte, se trata de una solución obvia y elegante. Por otra, inventa una partícula sin masa, ni carga, ni interacciones, que son, precisamente, las características que deberían definirla. Nadie se toma al «neutrón» en serio del todo, hasta el punto de que, cuando Chadwick descubre la partícula que hoy conocemos como tal en los rayos cósmicos, el pobre fantasma se ve despojado hasta de su nombre original, quedándose con el apelativo de “pequeño neutrón”, o neutrino, que le da el gran Enrico Fermi.

El neutrino se detecta por primera vez 26 años más tarde en 1956.  Los científicos norteamericanos F. Raines y C. Cowan sitúan un detector en la vecindad del reactor nuclear de Savannah River, en Carolina del Sur. Las reacciones de fisión producen cantidades ingentes de neutrinos y el equipo consigue detectar algunos de ellos. El fantasma ha dejado de serlo.

Aunque en realidad, los fantasmas nunca lo son del todo. Si lo fueran, no tendríamos jamás noticias de ellos, no se aparecerían a los vivos en habitaciones misteriosas o noches de luna llena, no nos transmitirían, como es su costumbre, los hechizos y maldiciones que los atan a cementerios y casas hechizadas, no sabríamos de sus cuitas y, sobre todo, no nos asustarían con sus espectrales amenazas. Todos los fantasmas de la literatura tienen algo de tangible, necesitan algo de existencia para ser reconocidos y temidos. Lo mismo le ocurre al neutrino. sus interacciones con otras partículas son tan leves que la inmensa mayoría atraviesan la Tierra (y la galaxia entera) sin percatarse casi de la existencia de la materia.

Casi. Pero ese casi es importante. La probabilidad de interacción de los neutrinos aumenta a medida que su energía aumenta y el cosmos es capaz de producir algunos de ellos con energías despampanantes.

Hace ya algunos años que hablaba en estas páginas del gran telescopio de neutrinos en la Antártida, IceCube, un detector de tamaño descomunal, enterrado en el hielo de la meseta antártica, prácticamente bajo el polo sur geográfico, un gigante cuyos sensores se extienden a lo largo de un 1 kilómetro cúbico, de tal manera que la torre Eiffel, la catedral de Burgos, la pirámide de Keops o el mismísimo Super-Kamiokande son simples juguetes a su lado. Esta maravilla de la ciencia ha detectado neutrinos de energías descomunales, del orden de 10 Peta-electrón Voltios (PeV). Para hacernos una idea de lo que significan estas energías, pensemos que el gran LHC del CERN acelera sus haces de protones hasta hacerlos chocar a 14 TeV, es decir una energía casi mil veces menor que la del monstruo detectado por IceCube.

Pues bien, en estos últimos años ha entrado en funcionamiento otro telescopio de neutrinos no menos admirable, KM3NET[1]. El tamaño del detector es similar al de IceCube y la tecnología muy parecida (ver figura 1). Racimos de sensores esféricos que encierran fotomultiplicadores gigantes, capaces de detectar las chispas de luz azul que dejan en el agua del mediterráneo el paso de las partículas cargadas. El principio de funcionamiento es el mismo. Cuando un neutrino interacciona produce un electrón o sus gemelos más pesados, el muon o y el tau, que a su vez se desintegra inmediatamente, produciendo a menudo otro electrón u otro muon. Estas partículas de energías fabulosas se mueven casi a la velocidad de la luz en el vacío y, desde luego, mucho más rápido que la luz en el agua. La consecuencia es una onda de choque, similar a la que un avión genera al sobrepasar la velocidad del sonido. Y esa onda está compuesta de fotones de luz azul, toda una inmensa explosión de ellos, que son recogidos por los fotomultiplicadores.

Recientemente, KM3NET ha publicado la observación de un neutrino… de 120 PeV de energía, es decir, diez veces más que el neutrino más energético observado por IceCube.

El fenómeno abre un misterio que podríamos estar tentados de comparar con el que torturaba a los físicos de 1930. ¿Qué mecanismo ha producido un neutrino con energías tan brutales? ¿Por qué IceCube no ha visto bestias semejantes? ¿Cómo explicar esta aparente paradoja, que parece querer recordarnos el dilema de los físicos de Tübinben hace casi un siglo?

Pero volvamos a los fantasmas. A poco que se piense, no es difícil concluir que el número de estos supera en gran medida al número de vivos. Se atribuye a Irene de Ávila el cálculo que cifra en cien mil millones (más o menos el mismo número de estrellas en la galaxia o de galaxias en el universo visible, o de neuronas en esa otra galaxia, el cerebro humano) al número de personas que han existido. Cien mil millones de fantasmas, más de diez por cada alma viviente, ocuparían el espacio que nos rodea. Pues bien, el universo también está lleno de espectros, los fotones originales que se producen en el Big Bang y que, a lo largo de los últimos catorce mil millones de años han ido enfriándose y expandiéndose por el universo, hasta llenarlo completamente. Esa radiación de fondo de microondas está por todas partes como la niebla que invade los camposantos, agitándose débilmente con los difusos recuerdos de todos los espíritus que allí moran.

Es muy posible que el suceso registrado por KM3NET se deba a la interacción de un rayo cósmico de ultra alta energía con uno de esos fotones espectrales. El proceso sería el resultado de una partida entre dos Grandes Maestros de ajedrez cósmico. La estrategia de uno de ellos es llenar el universo de partículas de energía, casi cero (la radiación de fondo de microondas), mientras que el otro intenta golpearlos con rayos cósmicos de energía casi infinita. El resultado es un neutrino que, lejos de comportarse como un fantasma se mueve por el cosmos como un ángel destructor, Gabriel empuñando su espada flameante, capaz de incendiar el universo.

Imagine el lector una civilización capaz de fabricar un haz de neutrinos de energías altísimas (no hace falta que sean tan altas como las del neutrino de KM3NET, pero si mucho más de las energías que sabemos producir en nuestros laboratorios hoy en día). Si ese haz de neutrinos se dirige contra un blanco cualquiera (una ciudad, o todo un planeta), los otrora fantasmas, convertidos gracias a su enorme energía en arcángeles exterminadores, interaccionan con toda la materia que encuentran, produciendo partículas secundarias cuya interacción con los tejidos vivos es letal. Este haz de neutrinos no puede detenerse, ni amortiguarse, ni esquivarse. Se trata del arma más letal del universo.

Un arma que todavía no sabemos construir, pero cuya existencia podemos imaginar, como imaginó Pauli la del neutrino. Ojalá se queda en eso, en una fantasía. Porque si algo hemos aprendido de la literatura, es que nada hay más peligroso que un fantasma al que la irresponsabilidad de los aprendices de brujo devuelve a la existencia, ni nadie más despiadado que un arcángel vengador.

¹KM3NET y IceCube tienen algo de materia y antimateria. IceCube es un proyecto liderado por los Estados Unidos, KM3NET por Europa, con la participación de grupos españoles. IceCube está enterrado en el hielo, KM3NET en las profundidades del océano, una parte del detector (ARCA) a 3450m. de profundidad, en la costa de Sicilia, otra parte (ORCA) a 2450m. de profundidad, en la costa de Tolón. Uno mira al hemisferio norte, el otro al sur. Materia y antimateria, neutrinos y antineutrinos, diferentes y a la vez la misma partícula, catedrales de luz, maravillas de la ciencia, faros de esperanza en un mundo atribulado por la oscuridad rampante de la superstición y la ignorancia.