"Estoy completamente seguro de que los neutrinos tienen masa"

Los neutrinos continúan recibiendo el sobrenombre de partículas fantasma.Tal vez, como relata Yoji Totsuka (Fuji, Japón, 1942) porque quedan demasiados misterios por resolver o porque, debido a sus peculiares características, todavía consiguen pasar desapercibidas a los ojos del más perspicaz investigador. Uno de ellos, el gigantesco detector japonés de Kamioka, conocido como Super-Kamiokande, es el que más información está generando sobre unas partículas sobre las que está en discusión si poseen o no masa y cual es su papel en el Universo. Varios experimentos en marcha y el inicio de las discusiones para la construcción del Hiper-Kamiokande, demuestran que el grave accidente de 2002 en ese laboratorio y que a punto estuvo de echar el cierre al proyecto fue tan sólo un tropezón para una investigación que se proyecta al futuro sin plazo fijo. Totsuka, director del Observatorio de Kamioka, ha estado en Barcelona invitado por el Museo de la Ciencia de la Fundación la Caixa.

"Sin conceptos difícilmente se avanza o surgen nuevas tecnologías"

"Sabemos que los neutrinos no tienen un papel determinante en el destino del universo"

Pregunta. ¿Tienen los neutrinos efectivamente masa?

Respuesta. La respuesta es sí. Estoy completamente seguro.

P. ¿Por qué?

R. Existe un fenómeno, al que llamamos oscilación, por el que los neutrinos cambian de un tipo a otro. Y eso sólo es posible si tienen masa. En nuestro experimento en el Observatorio de Kamioka, así como en otras experiencias, tuvimos evidencias de estos cambios. En particular, entre los neutrinos procedentes del Sol y los producidos en la atmósfera.

P. ¿Cómo llegaron a detectar las oscilaciones?

R. Tras el experimento de 1998 comparamos el número de neutrinos que llegaban al detector desde la atmósfera y los que habían atravesado el planeta desde el lado opuesto. Vimos sólo el 50% de los neutrinos que subían en relación con los que bajaban. Los neutrinos que el detector capta en dirección ascendente, los del tau, son invisibles para nuestro detector, que sí puede ver los electrónicos y muónicos. Llegamos a la conclusión de que el neutrino muónico, a lo largo de este viaje de más de 10.000 kilómetros a través de la Tierra, cambia a tauónico. De ahí que consideremos que forzosamente deben tener masa.

P. ¿Corroboran esta conclusión los experimentos posteriores?

R. En el segundo experimento, iniciado en 1999, generamos neutrinos muónicos a través de nuestro acelerador y los lanzamos al detector a 250 kilómetros de distancia. De acuerdo con nuestros cálculos, el 30% de los del muón deberían convertirse en tau, de modo que el detector debería captar el 70% de los neutrinos lanzados. Después de tres años todavía estamos analizando los resultados y los datos preliminares nos dan la certeza casi total de la existencia de la oscilación. En un par de años estaremos en condiciones de dar una respuesta definitiva.

P. ¿Qué información esperan obtener en este tiempo?

R. Queda mucho por determinar, además de la masa. Hay otros parámetros básicos como las formas de conexión entre distintos tipos de neutrinos, en particular el electrónico y el tauónico, que están por ver.

P. ¿Es el actual cuello de botella detectar la oscilación de los neutrinos?

R. El gran problema continúa siendo el de obtener señales de los neutrinos. Como no interactúan con la materia, salvo en contadas ocasiones, la única posibilidad de observarlos es usando detectores enormes. Super-Kamiokande emplea en su detector, de 40 metros de diámetro y 42 de altura, 50.000 toneladas de agua pura situadas en una mina a mil metros de profundidad.

P. Si tienen masa. ¿Qué conceptos habría que reescribir?

R. En primer lugar, la teoría de las partículas elementales, que predice que los neutrinos carecen de masa. Dado que además estamos viendo que esta masa es mucho más pequeña que la de otras partículas como electrones o quarks, habría que explicar este fenómeno con una nueva teoría. Muy probablemente, ambos descubrimientos, la masa y su tamaño, habrá que vincularlos a la Gran Teoría Unificada, que pretende reunir las interacciones fuertes, débiles y electromagnéticas.

P. También se habla de implicaciones a nivel cosmológico.

R. Antes de nuestros experimentos pensábamos que los neutrinos podían ser partículas de la materia oscura y que, de algún modo, podían determinar el destino de un Universo que se está expandiendo y que no se sabe si seguirá haciéndolo o, en algún momento, empezará a contraerse. Ahora creemos lo contrario, que pese a tener masa y estar ampliamente presentes en el universo, ni son partículas de materia oscura ni tienen un papel determinante.

P. ¿Cuál sería la explicación?

R. Los neutrinos son partículas subatómicas neutras eléctricamente. Además, su masa es extraordinariamente pequeña y raramente interactúan con la materia. La atraviesan sin dejar huella. Por eso es tan difícil verlos o detectarlos. No afectan a nuestro cuerpo ni a ningún material a pesar de que cada segundo recibimos 66.000 millones de neutrinos por centímetro cuadrado procedentes del Sol. No es esperable que influyan en el cosmos.

P. Ha mencionado que se pueden generar neutrinos experimentalmente. ¿De qué modo?

R. El Sol o las estrellas son las fuentes naturales, pero también los reactores nucleares pueden generarlos. En Kamioka detectamos neutrinos procedentes de una central nuclear situada a 670 kilómetros de distancia. Los generados por el Sol son de tipo electrónico, mientras que en los reactores nucleares se generan antipartículas, es decir, neutrinos del antielectrón. Curiosamente, el reactor ITER, que emula la reacción termonuclear de las estrellas, no producirá neutrinos.

P. Dada su presencia en el Universo, ¿los neutrinos pueden contar algo acerca del origen del universo y del Big Bang?

R. En el futuro probablemente sí. Si el Big Bang provocó neutrinos, debería haber muchísimos dispersos en cualquier parte del universo. Pero como no interactúan con la materia, ni aunque llenásemos el universo de plomo podríamos detectarlos. Necesitamos una idea completamente nueva para dar con ellos.

P. En definitiva, que aunque la existencia de los neutrinos ya se predijo en los años treinta del siglo pasado, todavía queda por ver su auténtica naturaleza.

R. Por eso les llamamos partículas fantasma. Y aunque quedan muchos misterios por desvelar, conocemos ya la existencia de al menos tres tipos, hemos descubierto dos tipos de oscilaciones y sabemos de la existencia de un parámetro básico que podría ayudar a explicar por quél universo está formado de materia y no de antimateria.

P. ¿Super-Kamiokande ayudará a resolver estos misterios?

R. No somos lo suficientemente listos para asegurarlo. Por ello estamos pensando ya en Hiper-Kamiokande, un detector de un millón de toneladas de peso. Ahora está en fase de discusión, por su alto coste, estimado en más de 400 millones de dólares. Esperamos que en los próximos 10 años empiece a construirse.

P. ¿Y cómo le cuentan este proyecto a la gente de la calle?

R. La ciencia básica esculpe los fundamentos de la tecnología y ésta emerge a los 50 o 100 años del descubrimiento de un concepto. Lo que decimos es que ahora estamos estudiando un nuevo concepto y que no sabemos dónde nos va a llevar. Pero sin conceptos difícilmente se avanza o surgen nuevas tecnologías. Es la mejor respuesta que se me ocurre.