En la costa este de Japón, a orillas el Pacífico, se sitúa Tokai, un pueblo rural que lleva más de 50 años vinculado a la ciencia nuclear. Allí se encuentra el acelerador J-PARC, una instalación en la que partículas circulan a velocidades cercanas a la de la luz y chocan entre sí para generar haces de neutrinos. Los neutrinos son partículas elementales pequeñísimas, sin carga eléctrica, tan escurridizas que pueden atravesar un millar de Tierras sin chocar con ninguno de sus átomos en el camino.

A pesar ser tan difíciles de detectar, las poquísimas interacciones de los neutrinos generados en J-PARC con la materia circundante son el objetivo de un experimento internacional ideado para averiguar algunas de las propiedades más enigmáticas de estas partículas.

Neutrinos hay de varios tipos: el neutrino electrónico, el neutrino muónico y el neutrino tauónico, a los que se unen otros tres de antimateria. Por cuestiones que no vienen al caso, los físicos de partículas hablan de “sabores” para diferenciar estas partículas. Por supuesto, no hay forma de “saborear” un neutrino, entre otras cosas porque, a pesar de que a nuestra lengua llegan, cada segundo, por unos 3.000 millones de neutrinos, lo normal es que, a lo largo de toda nuestra vida, atraviesen el órgano limpiamente sin que ninguno de ellos llegue a interactuar con un solo átomo. Así pues, los “sabores de los neutrinos” son solamente una forma llamativa de hablar de sus distintos tipos.

A pesar de lo escurridizas que son estas partículas, los humanos se las han apañado para idear instrumentos capaces de detectarlas. Uno de ellos está también en Japón, junto a la ciudad de Toyama, a 295 kilómetros de distancia del acelerador J-PARC. Allí se encuentra el detector Super-Kamiokande, un enorme observatorio de neutrinos construido en el interior de una antigua mina, bajo 1000 metros de roca. El detector contiene 50.000 toneladas de agua muy pura rodeada de detectores diseñados para captar las escasísimas veces que se genera un fogonazo de luz porque un neutrino interacciona con los átomos y moléculas del agua.

Tanto el acelerador J-PARC como el detector Super-Kamiokande forman parte de un experimento denominado T2K, del cual es portavoz internacional nuestro invitado en Hablando con Científicos, Federico Sánchez Nieto, profesor en la Universidad de Ginebra.

Durante nuestra conversación con Federico Sánchez, aprendemos cómo ha sido la historia de los neutrinos, desde su propuesta en 1930 como producto de un estudio teórico por el físico Wolfgang Pauli, pasando por su descubrimiento en 1956 por Clyde Cowman y Federick Reines, hasta que se detectaron sus enigmáticas propiedades al estudiar el flujo de neutrinos procedentes del Sol, un flujo que reveló que llegaban hasta nosotros menos neutrinos de los propuestos por la teoría, algo que se vino a llamar “el enigma de los neutrinos solares”.

La resolución del enigma de los neutrinos solares fue, si cabe, más enigmática que el propio problema, porque reveló que los neutrinos cambian de sabor mientras viajan.

El experimento T2K ha sido diseñado para investigar el cambio de sabor de los neutrinos a medida que se mueven, un problema que también se conoce como “oscilación de los neutrinos”. El haz de neutrinos generado en el acelerador J-PARC en Tokai es estudiado por un detector situado en el mismo complejo y, después del recorrido de 295 km que los separa, por el detector Super-Kamiokande. Así es como los físicos intentan comprender las leyes físicas que guían a estas partículas a través del Universo.

Os invito a escuchar a Federico Sánchez Nieto, profesor en la Universidad de Ginebra, donde dirige el Grupo dedicado a la Física de Neutrinos en los experimentos T2K y HK para estudiar la oscilación de los neutrinos y portavoz internacional de la Colaboración T2K.

NOTA:
Dos instituciones españolas forman parte la colaboración T2K desde el año 2002 y han contribuido a la construcción y operación del detector cercano ND280, el Institut de Física d´Altes Energies en Barcelona y el Instituto de Física Corpuscular (CSIC) de Valencia.