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  • 06/10/2015

PREMIOS NOBEL

Nobel de física 2015

Premiado el descubrimiento de las oscilaciones de neutrinos, el fenómeno por el que estas partículas elementales cambian espontáneamente de identidad.

Fundación Nobel

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Takaaki Kajita y Arthur McDonald [Universidad de Tokio y Universidad Queen's]

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La Academia Sueca de las Ciencias ha otorgado el premio Nobel de física de este año a Takaaki Kajita, de la Universidad de Tokio, y Arthur B. McDonald, de la canadiense Universidad Queen's «por el descubrimiento de las oscilaciones de neutrinos, lo que demuestra que los neutrinos tienen masa». La escueta explicación de la Academia Sueca hace referencia al extraño fenómeno por el que estas partículas elementales se transforman espontáneamente unas en otras, un hallazgo clave en el estudio de las interacciones fundamentales de la naturaleza.

Los neutrinos son partículas elementales de masa ínfima y carentes de carga eléctrica. Solo experimentan la fuerza nuclear débil y la —aún más débil— interacción gravitatoria, por lo que resultan extremadamente difíciles de detectar. Desempeñan un papel clave en física nuclear, astrofísica y cosmología, pero, en comparación con el resto de las partículas incluidas en el modelo estándar de las interacciones fundamentales, puede decirse que son unos perfectos desconocidos.

Los expertos saben desde hace años que existen tres especies de neutrino: el electrónico, el muónico y el tauónico. A finales de los años noventa, los grupos de investigación dirigidos por los hoy premiados (del experimento japonés Super-Kamiokande y del Observatorio de Neutrinos de Sudbury, respectivamente) demostraron que los neutrinos de un tipo podían transformarse espontáneamente en neutrinos de otro. El hallazgo supuso una fuerte sacudida para el modelo estándar tal y como estaba formulado hasta entonces y, de paso, resolvió un enigma astrofísico relacionado con la diferencia entre el número de neutrinos emitidos por el Sol y los que se detectaban en la Tierra. Aquel descubrimiento demostró que los neutrinos no desaparecían, sino que cambiaban de identidad.

Las consecuencias de esta metamorfosis subatómica van más allá. Durante largo tiempo se pensó que la masa de los neutrinos era exactamente igual a cero. Sin embargo, según las leyes de la mecánica cuántica, una mutación así solo es posible si los distintos tipos de neutrino tienen masas diferentes, lo que implica que no todos ellos pueden ser de masa nula. Ello se debe a que, en este caso, los llamados «autoestados de masa» (el estado cuántico que adopta una partícula cuando se propaga libremente) no coinciden con los «autoestados de interacción» (el que adopta cuando interacciona con otras). En otras partículas elementales, como el electrón o el fotón, ambos estados cuánticos son el mismo, por lo que sí conservan su identidad cuando se propagan por el espacio.

Hoy por hoy, los neutrinos bien pueden considerarse las partículas más enigmáticas de todas las conocidas. Entre otras incógnitas, los físicos aún desconocen qué otorga a estos esquivos constituyentes su ínfima masa. La pregunta reviste gran interés teórico ya que, al contrario de lo que ocurre con el resto de las partículas elementales, la masa de los neutrinos bien podría no deberse al mecanismo de Higgs. Otro enigma atañe a sus homólogos de antimateria: los expertos aún ignoran si neutrinos y antineutrinos son o no la misma partícula (algo posible en este caso al tratarse de partículas neutras).

Gracias en buena parte al trabajo de los hoy premiados, la física de neutrinos constituye una de las áreas de investigación más activas en física de partículas. En la actualidad, un gran número de experimentos en todo el mundo intentan desentrañar la sorprendente física de estos aparentemente modestos constituyentes elementales del mundo subatómico.

Más información en la página web de la Fundación Nobel (nota de prensa, información para el público general, información avanzada).

—IyC

Nota de los editores: Kajita y McDonald explicaron sus hallazgos sobre las oscilaciones de neutrinos en «Detección de la masa de los neutrinos» y «La resolución del problema de los neutrinos solares», artículos publicados en 1999 y 2003 en Investigación y Ciencia y que han sido recomendados por la Fundación Nobel como material didáctico. Con motivo de la concesión del premio, el PDF de ambos artículos podrá descargarse de manera gratuita durante los próximos días.

Consulta todos nuestros artículos escritos por premios nóbel.

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