Els neutrins

El neutrí va ser postulat per Wolfgang Pauli en el 1930 per explicar la desintegració beta en la que un neutró es converteix en un protó i un electró. Hi havia un dèficit d’energia i com que els físics creuen que la llei de conservació de l’energia és una llei fonamental, Pauli va postular aquesta partícula dient: “He fet una cosa terrible. He postulat una partícula que no es pot detectar”. Malgrat això, el neutrí va ser detectat en el 1956 i els experimentadors que ho van fer van rebre un premi Nobel , encara que va ser quasi 40 anys més tard en el 1995.

Hi han tres tipus de neutrins associats cadascun a l’electró, el muó i la partícula tau. Els neutrins són les úniques partícules elementals neutres (el neutró, composat de tres quarks no és elemental). Els neutrins són les partícules més estranyes: no formen part dels àtoms, no intervenen en la química i són molt lleugers, menys d’un milió la massa de l’electró. Endemés es transmuten entre ells. Cada centímetre quadrat de la regió de la Terra que estigui en dirección perpendicular al Sol és atravessat cada segon per 65.000 milions de neutrins solars.

Es podria pensar que amb el descobriment del Higgs el model standard de la mecànica quàntica està complet i poca feina els queda als físics de partícules. Però, apart d’explicar el misteri de la matèria fosca, el fet de que els neutrins tinguin massa no encaixa en el model standard i, per tant, l’estudi dels neutrins ens pot portar a anar més enllà del model standard. Entre eles preguntes a respondre tenim: Hi han només 3 tipus de neutrins? Per què tots els neutrins són tan lleugers? Són els neutrins les seves pròpies antipartícules? Per què els neutrins es transmuten els uns en els altres? Aquesta transmutació va ser descoberta perquè es va detectar que els neutrins que provenien del Sol eren entre la tercera part i la meitat del que predia el model standard que suposava que els neutrins no tenien massa. Si tenen massa poden oscil.lar entre ells i això explica la discrepància, ja que els detectors que s’havien preparat només podien detectar els neutrins associats amb l’electró.

Els tres tipus de neutrins són levògirs i estan afectats per la força feble, però s’especula amb un altre tipus de neutrí que seria dextrògir i que no interactuaria feblement i, per tant, només estaria subjecte a la molt més dèbil força gravitatòria, la qual cosa el faria encara molt més difícil de detectar. Aquest nou tipus de neutrí, que tindria una gran massa, ajudaria a explicar el perquè les masses dels tres altres neutrins són tan petites. La massa d’aquest nou neutrí no vindria donada per la interacció amb el camp de Higgs com en els cas de les altres partícules. Aquest nou neutrí també portaria com a conseqüència que els neutrins són les seves pròpies antipartícules. Els neutrins podrien també aleshores violar la conservació del nombre de leptons i això explicaria un dels misteris de la física: per què hi ha un excés de matèria sobre la antimatèria.

Una forma d’averiguar si els neutrins són la seva pròpia antipartícula és en un procés anomenat radiactivitat beta doble en el que dos neutrons es transformen simultàniament en dos protons en el nucli de, per exemple, el germani 76 que es transforma en seleni 76. Si no s’observen neutrins vol dir que un aniquila l’altre. Aquesta transformació sense neutrins no ha estat observada de forma convincent. En aquest experiment no es conservaria el nombre de leptons al desaparèixer dos neutrins que són dos leptons.

Un dels possibles resultats de l’accelerador LHC de Ginebra és desxifrar el mecanisme de transmutació dels neutrins observant com decau el bosó de Higgs.

Una altra possibilitat és que existeixi un neutrí anomenat estèril, encara que si existís seria practicament incompatible amb el neutrí dextrògir que hem esmentat més amunt. S’anomena estèril perquè no estaria sotmés a la força feble, ja que si ho fos aleshores el bosó Z hauria de decaure més rapidament del que ho fa. Aquest neutrí no s’acoblaria amb cap altre partícula. Sembla que diversos indicis apunten a l’existència del neutrí estèril.

La col·lisió d’un neutrí amb un protó, observada per primera vegada (13.11.1970) en una cambra de bombolles, es produeix en el lloc d’on surten tres trajectòries