La versión original de este artículo apareció en la revista Quanta Magazine.
Hace setenta años, los físicos Clyde Cowan y Frederick Reines tomaron un detector de 10 toneladas fabricado a medida, lo rodearon con gruesas paredes de plomo y sacos de arena húmedos, y lo colocaron cerca de un potente reactor nuclear en la planta de Savannah River en Carolina del Sur. Llamaron al experimento «Proyecto Poltergeist», ya que estaba diseñado para atrapar un fantasma.
Más de un cuarto de siglo antes, los físicos se preguntaban por qué parecía perderse energía durante un proceso radiactivo llamado desintegración beta. Algo faltaba, y no existía una explicación física conocida para ello. Entonces, en 1930, el físico austriaco Wolfgang Pauli propuso una solución radical: una partícula prácticamente indetectable se llevaba silenciosamente la energía faltante. «He hecho algo terrible. He postulado una partícula que no se puede detectar», le dijo Pauli a un amigo. Esta partícula se conocería como neutrino. Al no tener casi masa ni carga, estas partículas pueden atravesar la Tierra y todo lo que hay en ella, incluidos nuestros cuerpos, prácticamente sin impedimentos.
El enorme dispositivo que Cowan y Reines desplegaron a principios de 1956 tenía como objetivo encontrar lo que Pauli consideraba imposible. Ese junio, los dos físicos del Laboratorio Nacional de Los Alamos enviaron un telegrama a Pauli: «Nos complace informarles que hemos detectado neutrinos».
La atención se centró entonces en una cuestión más amplia. Si las reacciones nucleares producen neutrinos, ¿podríamos utilizarlos para observar los fuegos artificiales nucleares en el interior de las estrellas, incluido el Sol? Esto planteaba un enorme desafío: ¿Cómo es posible detectar partículas provenientes de estrellas distantes si estas pueden atravesar casi cualquier cosa sin ser detectadas? Se sospechaba que detectar una partícula que rara vez colisiona con la materia requiere una enorme cantidad de la misma con la que colisionar. Además, la materia tendría que estar protegida de otras formas de radiación. Así pues, la solución que encontraron los científicos fue construir algunas de las trampas experimentales más grandes, profundas y sofisticadas de la historia de la ciencia… y luego esperar.
En la década de 1960, Raymond Davis Jr. y sus colegas del Laboratorio Nacional de Brookhaven colocaron un tanque a 1.5 kilómetros bajo tierra en la mina Homestake, en Dakota del Sur, y lo llenaron con casi 400,000 litros de un fluido de limpieza a base de cloro llamado percloroetileno. En las raras ocasiones en que un neutrino que pasaba cerca impactaba contra un núcleo de cloro, se transformaba en una forma radiactiva de argón que podía detectarse y cuantificarse. El experimento, que duró 25 años, halló apenas un tercio del número de neutrinos provenientes del Sol que se había predicho en los modelos teóricos. Esto se conoció como el problema de los neutrinos solares.
Pasaron décadas antes de que se resolviera, gracias a experimentos aún más complejos. En las profundidades de la mina Kamioka, en Japón, Masatoshi Koshiba construyó un detector diferente llamado Kamiokande, que utilizaba 3 millones de litros de agua ultrapura. En este sistema, los neutrinos interactúan ocasionalmente con los núcleos atómicos del agua. Esta interacción crea un electrón que se mueve tan rápido que genera un destello de lo que se conoce como luz Cherenkov. Esta luz es captada por detectores.
Kamiokande y Koshiba confirmaron la deficiencia de Davis, y un segundo detector, aún más grande, el Super-Kamiokande, así como el Observatorio de Neutrinos de Sudbury en Canadá, explicaron la discrepancia. Los neutrinos se presentan en tres «sabores» diferentes (electrón, muón y tau) y pueden oscilar, o cambiar, entre ellos. Para ello, los neutrinos deben tener masa, algo que las leyes de la física no lograron predecir. Los sabores son una forma de referirse a tipos o variedades de una misma partícula.
