Desde la Antigüedad la humanidad se ha preocupado por entender qué es la materia y de qué está formada. A lo largo de la historia se han venido dando diferentes respuestas a estas cuestiones, a veces desde un enfoque filosófico o religioso, sólo desde hace relativamente poco desde un enfoque  puramente científico. En la actualidad podemos decir que toda la materia que nos envuelve está formada por unas entidades básicas  que llamamos partículas elementales. Todo está formado por estos, llamémosles, ladrillos de la materia. De forma breve los describiré, para después ahondar más sobre los neutrinos.

Existen cuatro tipos de interacciones o fuerzas en la Naturaleza: la gravitatoria, la electromagnética, la fuerza  nuclear débil y la nuclear fuerte. En nuestra vida cotidiana sólo somos conscientes de las dos primeras, las dos segundas tienen un rango de acción diminuto, muy por debajo de las escalas atómicas, pero son necesarias para explicar  diferentes procesos subátomicos. A cada una de estas fuerzas se les asocia las correspondientes partículas mensajeras de la interacción, tal como se detalla en la tabla adjunta (en la tabla falta el gravitón, la partícula mensajera de la fuerza gravitatoria, que aún no se ha detectado). Por otra parte, hay otro tipo de partículas, que se dividen en dos tipos, los quark, y los leptones. La división está hecha según si las partículas notan o no la interacción nuclear fuerte - las primeras lo hacen, las segundas no. Como se detalla en la tabla, hay dos tipos de quarks, y dos tipos de leptones. En la primera generación o familia, tenemos a los quarks up y down, y dos tipos de leptones, el electrón y el neutrino electrónico. Esta “familia” se repite tres veces,  con  propiedades tales como la carga electromagnética o el spin  similares, y en la que básicamente sólo se diferencian por la masa: cada generación es más masiva que la anterior. A todas las partículas se debe añadir la correspondiente antipartícula.

A todo este cuadro de partículas cabe añadir el llamado bosón de Higgs, que aún no ha sido detectado (hay cierta esperanza que el LHC pueda anunciar su descubrimiento este mismo año), y que es necesario para entender la masa de todo el resto de partículas elementales.

Las interacciones que hay entre las diferentes partículas elementales vienen descritas por el llamado Modelo Estándar. Hasta ahora el Modelo Estándar nos ha permitido calcular con una precisión increíble muchas propiedades de las partículas subatómicas conocidas, y las diferentes reacciones entre ellas.

El edificio conceptual que describe el Modelo Estándar se desarrolló hacia los años 70,  sin tener hasta  hace poco serias indicaciones de que deba de ser corregido ( de esta afirmación seguro que discreparán varios físicos teóricos: me refiero a que no hubiera ninguna indicación de que algún proceso subátomico no fuera descrito de forma correcta con el Modelo Estándar, sin menoscabo de que puede haber argumentos teóricos que puedan hacer pensar que es incompleto).  Sin embargo todo lo que se está descubriendo sobre los neutrinos, en la que sin duda puede llamarse su década dorada, nos ha llevado a concluir que el Modelo Estándar debe ser ampliado.

Los neutrinos son esquivos y difíciles de detectar. Su existencia fue predicha en el año 1930 por el físico italiano W. Pauli, en un intento de explicar la desintegración beta del neutrón, e intentar hacerla compatible con las leyes de conservación de energía y momento que toda reacción debería obedecer. Se tardaría unos 26 años hasta que se detectaran los neutrinos experimentalmente.

Hay tres tipos de neutrinos: el electrónico, el muónico y el del tau. Los neutrinos son leptones que no llevan carga electromagnética. Los neutrinos electrónicos se producen en reacciones nucleares, en las que también participan los electrones. La clasificación de los neutrinos en las diferentes familias obedece al hecho que aparecen en reacciones de partículas en las que también participan los otros leptones correspondientes a sus mismas familias.

Aunque inicialmente se creyó que no poseían masa, tal como recoge el Modelo Estándar, ahora hay cierta evidencia que eso no es así. Los neutrinos se producen de forma copiosa en estrellas tales como nuestro Sol. Las primeras indicaciones sobre el hecho de que los neutrinos fueran masivos provinieron de comparar las reacciones termonucleares que se dan en el interior del Sol, y comprobar que el flujo de neutrinos electrónicos provinientes de nuestra estrella medido en la Tierra era muy inferior al predicho por esas reacciones nucleares ( a los descubridores de tal fenómeno, R. Davis y  M. Koshiba, se les otorgó el Premio Nobel de Física en el año 2002). El problema se resolvió al notar que los diferentes tipos de neutrinos pueden transmutarse  los unos en los otros,  en un fenómeno conocido como oscilación de neutrinos. Dichas oscilaciones sólo son posibles si los neutrinos tienen masa,  que aunque no se ha podido aún medir, se sabe que debe ser hasta unas cien mil veces inferior a la masa del electrón.

Desde que se descubriera el problema de los neutrinos solares  son muchos los experimentos que se han diseñado en todo lo extenso de la geografía mundial para poder caracterizar el fenómeno de las oscilaciones de neutrinos.  La descripción del fenómeno requiere conocer básicamente cinco parámetros: dos diferencias de valores de masas entre los tres tipos de neutrinos, y tres ángulos.

En esta última década los diferentes experimentos de neutrinos han podido medir esos cinco parámetros. Hace algo más de un mes  saltaba a las noticias, de una manera que pasó bastante desapercibida (desde luego,  mucho más que la noticia sobre la velocidad de los neutrinos de la colaboración OPERA, originalmente diseñado para estudiar oscilaciones de neutrinos) la medición del último de los ángulos que sirven para caracterizar las oscilaciones de neutrinos. La medición se realizaba en China, en el experimento Daya Bay, adelantándose a otros experimentos competidores en Japón, Corea del Sur, Francia y Estados Unidos.

Es mucho lo que se ha aprendido sobre los neutrinos en la última década, pero son aún muchos los interrogantes que hay que contestar sobre ellos, lo que hace preveer que la próxima década será igualmente prometedora en este campo de investigación. En concreto, falta por ver si hay una asimetría entre los neutrinos y los antineutrinos, que de existir, tendría importantes consecuencias cosmológicas, pues podría estar en el origen de entender la razón por la cual en el Universo hay más materia que antimateria.

Para acabar, quisiera nombrar en que nos beneficiará como sociedad todo este conocimiento sobre los neutrinos.  Sin lugar a dudas, nos permitirá contestar mejor a la  históricamente antigua pregunta de qué estamos hechos. Los neutrinos también nos permitirán ahondar nuestro conocimiento sobre el cosmos, pues viajan a través de él desde la fuente que los originó y  sin apenas interactuar con nada en su viaje hasta nosotros. Sobre aplicaciones más de tipo tecnológico,  es difícil preveer, aunque es fácil dar rienda suelta a la imaginación. Cabe destacar un reciente y original experimento norteamericano, que usó haces de neutrinos para enviar un corto mensaje  a través de 240 metros de roca sólida.  Aunque la forma de producir y de detectar neutrinos no invita a pensar que los neutrinos vayan a desplazar a las ondas electromagnéticas en el envío de mensajes, sí que cabe pensar que puedan ser usados en circunstancias especiales y con motivos estratégicos para comunicaciones especiales. El tiempo nos dirá.