El descubrimiento de los neutrinos revolucionó la física. Gracias a estas partículas elementales, nacidas en el proceso de transformaciones nucleares, fue posible explicar de dónde proviene la energía del Sol y cuánto tiempo le queda de vida. RIA Novosti habla sobre las características de los neutrinos solares y por qué deberían estudiarse.
Por qué brilla el sol
Los físicos han adivinado sobre la existencia de una misteriosa partícula elemental con carga cero emitida durante la desintegración radiactiva desde la década de 1930. El científico italiano Enrico Fermi lo llamó un pequeño neutrón - neutrino. Esta partícula (entonces todavía hipotética) ayudó a comprender la naturaleza de la luminosidad del Sol.
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Según los cálculos, cada centímetro cuadrado de la superficie de la Tierra recibe dos calorías del Sol por minuto. Conociendo la distancia a la estrella, no fue difícil determinar la luminosidad: 4 * 1033 ergio. ¿De dónde viene? Esta pregunta no se ha respondido durante mucho tiempo. Si el sol, que está compuesto principalmente de hidrógeno, simplemente ardiera, no habría existido durante diez mil años. Considerando que el volumen disminuye durante la combustión, el Sol debería, por el contrario, ser calentado por las fuerzas de la gravedad. En este caso, se habría extinguido en unos treinta millones de años. Y dado que su edad es de más de cuatro mil millones de años, entonces tiene una fuente constante de energía.
Tal fuente a temperaturas monstruosas dentro de una estrella puede ser la reacción de fusión de helio de dos protones que entran en el núcleo de hidrógeno. En este caso, se libera mucha energía térmica y se forma una partícula de neutrino. Según su tamaño, el Sol podría arder durante diez mil millones de años antes de enfriarse finalmente y convertirse en una gigante roja.
Para estar convencido de la validez de esta hipótesis, fue necesario registrar neutrinos nacidos dentro del Sol. Los cálculos mostraron que sería difícil hacer esto, ya que la partícula interactúa muy débilmente con la materia y tiene una asombrosa capacidad de penetración. Cuando nace, no reacciona con nada más y llega a la Tierra en ocho minutos. Cuando el sol brilla, cada centímetro cuadrado de nuestra piel es perforado por unos cien mil millones de neutrinos por segundo. Pero no nos damos cuenta de esto. Las corrientes de partículas pasan fácilmente a través de planetas, galaxias y cúmulos de estrellas. Por cierto, los neutrinos reliquia nacidos en los primeros segundos del Big Bang todavía vuelan en el Universo.
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Atrapado por veneno, agua y metal
A pesar de la inercia, los neutrinos todavía chocan a veces con átomos de materia. Solo hay unos pocos eventos de este tipo por día. Si protege el detector de fotones, radiación cósmica, radiactividad natural, se puede registrar el resultado de las colisiones. Esta es la razón por la que las trampas de neutrinos se colocan a gran profundidad bajo tierra o en túneles de montaña.
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El primer método para registrar neutrinos solares fue propuesto en 1946 por el físico italiano Bruno Pontecorvo, que trabajaba en Dubna, cerca de Moscú. Escribió una reacción simple de la interacción de una partícula con un átomo de cloro, lo que resultó en el nacimiento del argón radiactivo. Se construyó una instalación de este tipo en el laboratorio subterráneo de Homestake en EE. UU., Donde se registraron neutrinos solares por primera vez en 1970. En 2002, el físico Raymond Davies, que recibió estos resultados, recibió el Premio Nobel.
Vadim Kuzmin, del Instituto de Investigación Nuclear de la Academia de Ciencias de Rusia, inventó una forma de detectar el paso de neutrinos a través de una solución de galio. Como resultado de la colisión de partículas con átomos de este elemento, se forma germanio radiactivo. Desde 1986, un detector basado en este principio ha estado funcionando en el Observatorio de Neutrinos de Baksan (Cáucaso Norte) como parte del experimento conjunto SAGE en los EE. UU.
Un año antes, las observaciones de neutrinos habían comenzado en las instalaciones de Kamiokande en Japón, donde el detector era agua, que brillaba en azul cuando nacían los electrones. Esta es la denominada radiación de Cherenkov.
Los neutrinos solares se pierden y se encuentran
Cuando científicos de diferentes países han acumulado datos sobre el número de reacciones de los neutrinos con la materia, resultó que son dos o tres veces menos de lo que sugiere la teoría. Surgió el problema de la deficiencia de neutrinos. Para solucionarlo, se propuso bajar la temperatura del Sol y en general cambiar ideas al respecto. Se necesitaron tres décadas para encontrar la respuesta y, en lugar de crear un nuevo modelo de nuestra estrella, los físicos crearon una nueva teoría de los neutrinos.
Resultó que en el camino de la estrella a la Tierra, las partículas son capaces de reencarnarse en sus diversas modificaciones. Este fenómeno se denominó oscilación de neutrinos. En 2015, se otorgó el Premio Nobel por su confirmación, y los experimentos en el Observatorio de Neutrinos de Baksan jugaron un papel decisivo. Ahora está previsto construir allí un detector universal, que registre todo tipo de neutrinos y antineutrinos de todas las fuentes: el Sol, el centro de la Galaxia, desde el núcleo de la Tierra.
Si los físicos inicialmente estudiaron los neutrinos para comprender mejor el Sol y la fusión termonuclear que tiene lugar en él, ahora esta partícula fundamental ha interesado a los científicos en sí misma. Se sabe que la masa de los neutrinos es muy pequeña, pero aún no se ha calculado con certeza. Y esto es importante para comprender la naturaleza de la masa oculta del Universo. También se sospecha la existencia de un neutrino estéril, que interactúa con la materia solo a través de la gravedad. Los astrónomos tienen grandes esperanzas en la física de los neutrinos, ya que les permite observar las entrañas de las estrellas y los agujeros negros para aprender sobre el origen del espacio. Los secretos de los neutrinos continúan comprendidos en muchos observatorios del mundo, incluidos los ubicados en las aguas del lago Baikal y en el glaciar de la Antártida.
Tatiana Pichugina
