Problema de los neutrinos solares

El problema de los neutrinos solares se debió a una gran discrepancia entre el numero de neutrinos que llegaban a la Tierra y los modelos teóricos del interior del Sol. Es problema que duró desde mediados de los 60 hasta el 2002, ha sido recientemente resuelta mediante un nuevo entendimiento de la física de neutrinos, necesitando una modificación en el modelo estándar de la física de partículas, concretamente es las oscilaciones de neutrinos. Básicamente, debido a que los neutrinos tienen masa, pueden cambiar del tipo de neutrino que se produce en el interior del Sol, el neutrino electrónico, en dos tipos de neutrinos, el muónico y el tauónico, que no fueron detectados.

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Introducción

El Sol es un reactor de fusión nuclear alimentado por una reacción protón-protón en cadena la cual convierte cuatro núcleos de hidrogeno (protones) en helio, neutrinos y energía. El exceso de energía es liberada como rayos gamma y energía cinética de las partículas, incluyendo los neutrinos los cuales viajan desde el núcleo solar hasta la Tierra sin ninguna absorción apreciable por las otras capas solares.

A medida que los detectores de neutrinos se hicieron lo suficientemente sensibles para medir el flujo de neutrinos del Sol, se vio más claro que el número de neutrinos detectados era menor que lo predicho por los modelos. En diversos experimentos, el numero de neutrinos detectados era entre la mitad y una tercera parte de la predicción teórica.

Mediciones

  A finales de los 60 el experimento Homestake de Raymond Davis Jr. y John N. Bahcall fue la primera medida de flujo de neutrinos procedentes del Sol y se detectó un déficit. En el experimento se usó un detector basado en cloro. Otros sucesivos experimentos de detectores radioquímicos y de Radiación de Cherenkov confirmaron el déficit, incluyendo el Observatorio de Neutrinos de Sudbury (Sudbury Neutrino Observatory).

El numero esperado de neutrinos había sido calculado basándose en el modelo estándar solar el cual Bahcall había ayudado a establecer y daba detalles sobre los procesos internos del Sol.

En 2002 Raymond Davis Jr. y Masatoshi Koshiba ganaron parte del Premio Nobel de Física por el trabajo experimental de obtener que el número de neutrinos solares era entorno a un tercio de lo que predecía el modelo estándar.

Soluciones propuestas

Cambios en el modelo solar

Solución

Actualmente se cree que el problema de los neutrinos solares se ha debido a un inapropiada compresión de las propiedades de los neutrinos. Según el modelo estándar de la física de partículas, existen tres tipos de neutrinos: los neutrinos electrónicos, los neutrinos muónicos y los neutrinos tauónicos. A mediado de los 70, se creía firmemente que los neutrinos no tenían masa y por tanto su tipo era invariante. Sin embargo a partir de los 80 los físicos teóricos se dieron cuenta de que si los neutrinos tenían masa entonces podrían cambiar de un tipo a otro. Así pues los neutrinos solares "perdidos" podrían ser neutrinos electrónicos que hubieran cambiado de tipo a lo largo de su viaje a la Tierra y por lo tanto no fueron detectados.

La supernova 1987A proporcionó una evidencia de que los neutrinos podrían tener masa, debido a una diferencia de tiempo de los neutrinos detectados en el Kamiokande y el bajo numero de neutrinos detectados contrarios al modelo de la supernova. Sin embargo los datos fueron insuficientes para sacar ninguna conclusión en claro.

La primera evidencia importante de la oscilación de los neutrinos fue en 1998 en el Super-Kamiokande en Japón. Produjo observaciones consistentes con neutrinos tauónicos (producidos en las capas altas de la atmósfera por rayos cósmicos) que cambiaban a neutrinos tauónicos. Realmente lo que se probó fue que pocos neutrinos de los que pasaban atravesando la tierra eran detectados que pudieran ser detectados directamente sobre el detector. Estas observaciones se refieren a neutrinos muónicos provenientes de la interacción de los rayos cósmicos con la atmósfera terrestre, no se han observado neutrinos tauónicos en el Super-Kamiokande. Evidencias directas más recientes surgieron en el 2002 del Observatorio de Neutrinos de Sudbury (SNO) en Canadá. Se detectaron todos los tipos de neutrinos provenientes del Sol, y fue posible distinguir entre los neutrinos electrónicos y los otros dos tipos. Después de un exhaustivo análisis se estimó que un 35% de los neutrinos detectados eran electrónicos y el resto eran muónicos o tauónicos. El numero total de neutrinos detectados esta de acuerdo con las predicciones de la física nuclear, basándose en las reacciones del interior del Sol.