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viernes, septiembre 24, 2010

2012: Neutrinos

Carátula de 2012

Por fin he tenido ocasión de ver la película 2012, que tanto me habéis recomendado (no por la película en sí, sino por su mala ciencia, claro). Pero no, no supera a The Core (es muy difícil, ya que el listón está muy alto). De momento, en este post me voy a centrar en el origen de la catástrofe: los neutrinos.

Al principio de la peli, vemos como un geólogo llega a una instalación subterránea, donde se encuentra con un astrofísico y le cuenta que debido a una erupción solar, el flujo de neutrinos procedente del Sol se ha duplicado. Es astrofísico le recuerda que los neutrinos apenas interactuan con la materia, pero éstos deben haber mutado en alguna nueva clase de partícula, y están calentando el nucleo terrestre. Ante la incredulidad del geólogo, le enseñan un tanque lleno de agua, que penetra a gran profundidad, con el líquido en ebullición.

He de decir que los primeros minutos me sorprendieron, pues hay bastante buena ciencia en ellos. Es cierto que los neutrinos son partículas elementales que apenas interactuan con la materia. Billones de ellos nos atraviesan cada segundo y no nos damos cuenta. Para que os hagáis una idea, es grosor que debería tener una pared de plomo, para detener la mitad de los neutrinos que la atraviesen, sería de ¡un año-luz! ¿Podéis imaginar algo semejante?

¿Cómo se pueden detectar entonces? Bueno, afortunadamente, «apenas interactuan con la materia» no es lo mismo que «no interactuan en absoluto». Dado que el número de ellos que nos atraviesan es tan elevado, si tenemos un objeto suficientemente grande, algún neutrino interactuará con él en un tiempo razonable. Por lo general se usan inmensos tanques con algún líquido que produzca algún efecto medible al ineractuar con neutrinos. Por ejemplo, en el caso del agua, si un neutrino golpea un electrón, éste adquiere una velocidad muy alta, superior a la de la luz en ese medio (ojo, menor que la velocidad de la luz en el vacío), de forma que emite luz (fenómeno conocido como radiación de Cherenkov). Como los rayos cósmicos producen el mismo efecto, estos tanques se colocan bajo tierra, a gran profundidad. Los rayos cósmicos no llegan ahí abajo, pero la mayoría de los neutrinos sí (apenas interactuan con la materia, ¿recordáis?). En la peli, el laboratorio donde detectan el fenónemo está bajo tierra, a unos 3 km de profundidad, lo que es coherente con la detección real de neutrinos.

También es cierto que el Sol es un emisor de neutrinos. Como he comentado muchas veces, en el interior de una estrella se producen reacciones nucleares que convierten el hidrógeno en helio. Como parte del proceso, algunos protones se transforman en neutrones, y en esa reacción se emite un neutrino. Como los neutrinos apenas interactúan con la materia, la mayoría de ellos llegan a la superficie sin problemas, donde continúan su camino.

Un comienzo con buena ciencia, que inmediatamente se derrumba cuando dicen que los neutrinos han «mutado», y que están calentando el interior de la Tierra, actuando como microondas. Bueno, las partículas elementales no mutan, al menos no en el sentido en el que se suele emplear la palabra, y que está relacionado con la biología. Si nos ponemos puristas y acudimos al diccionario, una mutación es simplemente un cambio (si bien, es muy extraño que un científico use la palabra «mutar» para expresar un cambio en una partícula).

¿Puede una partícula elemental cambiar? Sí. Algunas partículas son inestables, y sufren una desintegración. Pondré un ejemplo familiar, aunque no se trate de una partícula elemental: el neutrón, si no forma parte de un núcleo atómico, es inestable, con una vida media de algo menos de 15 minutos, y se desintegra en un protón, un electrón y un antineutrino. Si nos restringimos a partículas elementales, podemos pensar en el muón, con una vida media bastante más corta (un par de microsegundos), y que se desintegra (habitualmente) en un electrón, un neutrino y un antineutrino.

Los neutrinos son partículas estables, como los electrones o los fotones, y no se desintegran. Sin embargo, sí que pueden experimentar un cambio. Veréis, durante todo este rato he estado hablando de neutrinos, así sin más, pero resulta que hay tres tipos de neutrinos: el neutrino electrónico, el neutrino muónico y el neutrino tauónico (los nombres provienen de sus tres partículas asociadas: el electrón, el muón, y el tauón), cada uno de ellos con su propia antipartícula. Un neutrino puede cambiar de un tipo a otro, de forma espontánea, fenómeno conocido como oscilación de neutrinos. Sin embargo, los tres tipos de neutrinos tienen en común su casi nula interacción con la materia.

Vemos que no hay ninguna forma conocida en la que unos neutrinos puedan transformarse así sin más en alguna otra partícula, que produzca los efectos que vemos en la peli. Pero ¿no se trata de eso? ¿de que descubren un fenómeno nuevo y desconocido? Sí, pero si entendéis por qué los neutrinos interactuan tan poco con la materia, veréis que aunque ciertamente nos queda mucho por descubrir en el mundo de la mecánica cuántica, el que un neutrino se transforme de esa manera no parece plausible.

En el universo existen únicamente cuátro tipo de interacciones: la gravedad, el electromagnetismo, la interacción nuclear fuerte y la interacción nuclear débil. Sí, sólo 4. El neutrino sólo es afectado por la gravedad y la interacción nuclear débil, y si en el mundo cuántico la gravedad tiene poca relevancia, menos la tendrá en el caso del neutrino, con su minúscula masa en comparación con el resto de partículas. Así que sólo tenemos la interacción nuclear débil. Vale ¿y? Bueno, pues que la distancia a la que esta interacción puede actuar de forma efectiva, es muy muy pequeña.

Como sabéis, la gravedad y el electromagnetismo tienen un rango infinito, si bien, dependiendo de las masas o cargas involucradas, podemos despreciar sus efectos a partir de cierta distancia. A distancias subatómicas, el efecto del electromagnetismo siempre es relevante. Podemos decir que es la interacción electromagnética la que mantiene los electrones alrededor del núcleo, y la que mantiene los átomos y moléculas en su sitio. Además, esta interacción es la que nos permite ver, pues los fotones, aunque no tienen carga eléctrica, sí que se ven afectados por la interacción electromagnética (de hecho, podemos decir que son la interacción electromagnética), «rebotando» en la capa de electrones de los átomos de los objetos que vemos, para ir a nuestros ojos.

La interacción fuerte tiene un alcance muy pequeño, del orden del tamaño de un núcleo atómico. Es precisamente esta fuerza la que mantiene a los protones y neutrones bien juntitos en el núcleo, pese a que la interacción electromagnética ejerce una fuerza de repulsión enorme entre los protones (recordad que los protones tienen carga eléctrica). Para que partículas libres interaccionen entre sí con la interacción fuerte, deben acercarse bastante.

Pero el rango de la interacción débil es mucho menor. Unas mil veces menor que el tamaño de un núcleo atómico. Para que unas partículas sueltas interaccionen entre sí con la interacción débil, tienen que acercarse muchísimo más. Podemos decir que practicamente tendrían que «chocar de frente». Y la materia está prácticamente hueca. La distancia entre los electrones y el núcleo de un átomo es enorme, comparados con su tamaño (unas 100.000 veces el tamaño del núcleo). Y la distancia entre átomos es mayor aún. Una partícula que sólo se vea afectada por la interacción débil, atravesaría átomos sin problemas, ya que la probabilidad de colisionar directamente con otra partícula, es muy pequeña. Y por eso los neutrinos apenas interaccionan con la materia.

15 comentarios:

  1. Malaciencia de la película evidente para cualquiera (aunque sea de letras :) ). Si el agua de los detectores hierve... ¿por que no lo hace el resto: Mares, lagos, botellas de Font Vella...?

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  2. Justo antes de ver la peli, hace meses cuando salio en el cine, vi algo de lso neutrinos, cuando llego a esa perte de "mutan" fue como, buen fundamento!!! ajaajaja

    En fin. saludos y genial aporte!

    Saludos!

    Uthanien

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  3. Hola mala ciencia, intesante todos tus post, me gustaria que investiges sobre la teoria de la tierra es hueca, y que hagas un blog, me parece interesante esa teoria. gracias.
    willie_reid@hotmail.com

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  4. La verdad es que yo también aluciné (positivamente) los primeros minutos, hasta que salieron lo de los neutrinos. Para mí que los consultores científicos hicieron un pedazo de informe, y el director no les hizo ni caso.

    Me lo estoy imaginando. Despacho de Hollywood, un pez gordo revisando el informe de los asesores de ciencia, los pies encima de la mesa, el puro en la comisura de la boca: "A ver qué dicen estos ... detectores bajo una mina, bla, bla, corteza terrestre, bla, bla, detección de neutrinos, bla, bla ... !me aburro! A ver, ¿cómo hicieron esos de X-men? !Ah, sí, neutrinos mutantes!"

    Estoy deseando que sigas destripando la peli, porque tiene tela a raudales. Pero en fin, es una película de ciencia-ficción. A ver si no, cómo iba España a estar representada en una de esas naves. Vamos, como si tuviésemos pasta, con todo el dinero que el gobierno se ha gastado en ... en ... !coño!

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  5. Bueno, haciendo un poco de abogado del diablo... los neutrinos siempre podrían mutar en sus partículas supersimétricas, que podrían tener una masa ligeramente no-tan-despreciable y, por tanto, interactuar gravitatoriamente. O quién sabe, tal vez en una cuarta generación supermasiva de neutrinos.

    Oh, espera... entonces estaríamos tirando la segunda ley de la termodinámica al garete... ah, y eso no explicaría que el núcleo se calentara... ah, y tampoco que pudiera ser producido por erupciones solares...ah, ni tampoco que... Vaya. Como coja a uno de esos neutrinos, se va a enterar!

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  6. Esto de los neutrinos me recuerda mucho a un libro de Arthur C. Clark titulado "Cánticos de la lejana Tierra". Claro que ahí no hay neutrinos mutantes, símplemente señalan una anomalía en el sol.

    Me apena cuando alguien justifica falta de rigor aduciendo que es "Ciencia Ficción", claro que hay distinto tipos, desde la ciencia ficción dura al estilo 2001, hasta space operas como Star Wars... y también pelis com esta, porque tiene que haber de todo.

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  7. Hola Malaciencia, llevo tiempo leyendo tu blog y sinceramente, me parece maravilloso.
    Ni se de neutrinos gran cosa (bueno ni sabia), ni de inversión de los polos (eso es algo que me cuesta, a ver si lo encuentro mejor explicado en tu blog, o en otro), pero llevo tiempo trabajando subcontratado en el mundo de la aeronáutica y puedo contar que en dos años, tiempo en el que construyen las "naves espaciales", todavía no han sido capaces de sacar adelante el diseño de la próxima aeronave (no puedo dar mas datos, comprendedlo), así que por mucho chinos que sean, por mucho que sea diseño internacional... Vamos que si se han pasado por el forro algo mas corriente como el diseño y construcción de las naves...
    Que no habrán hecho con los neutrinos, con las placas tectonicas, con los tsunamis ...

    elbuitrebuitaker@hotmail.com

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  8. Excelente blog, es mi primera vez en el y me encantó, comence la carrera de licenciatura en fisica, pero despues me pase para la informática aunque todavia me fascina la física y tus explicaciones son realmente claras.
    Nada mas decirte que sigas con el excelente trabajo que haces, un saludo desde Uruguay
    Santiago

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  9. Comentas en el último parrafo, el tema de la materia es practicamente hueca, (100.000 veces el diametro del nucleo a los electrones). Se me viene a la mente la analogía que oí en algun sitio, que sería como una mosca en una catedral, siendo la mosca el núcleo, y las pareces, las capas de electrones. (¿¿en la serie Cosmos, de Carl Sagan, puede ser??)

    De lo que no había oído nada era de la distancia entre los atomos, que comentas que es mucho mayor. Podrías poner más o menos el orden de magnitud, o una analogía, que ya me quedo la intriga...

    P.D. por cierto, estupendo blog

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  10. Gallego, depende de los enlaces entre átomos. En una molécula de agua, por ejemplo, el enlace entre los átomos de la molécula es comparable al tamáño de los propios átomos, y la distancia entre moléculas es más o menos el doble.

    He visto en la Wiki otros ejemplos y hay de todo un poco, pero parece que oscila entre el tamaño del átomo y unas 3 ó 4 veces más. Siguiendo con la analogía de la catedral, imagina una urbanización a medio construir, con edificios separados por manzanas vacías.

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  11. Gracias Alf por la aclaración. Debí de entender mal el texto.

    Al hacer referencia a la escala de 100.000 veces el tamaño del núcleo, de distancia a los electrones, y mencionar que la distancia entre átomos es aún mayor, se me quedó la cifra de 100.000, con lo que interpreté que la distancia entre atomos era sobre 100.000 veces su diametro.

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  12. Si los neutrinos se convirtieron en micro-ondas entonces toda el agua de la superficie terrestre debería hervir como comentó Daniel, los océanos y hasta nosotros deberíamos cocinarnos como un pollo al horno, la pregunta es ¿por que las microondas calentaban el núcleo terrestre y no la superficie? lo que yo supongo es que dado el hecho de que se usan tanques de agua a mucha profundidad para la detección de neutrinos, los guionistas pensaron que los neutrinos solo actuaban bajo tierra, ignorando que los tanques se ponen a esa profundidad solo para aislarlos de los efectos de la radiación cósmica y poder detectar los neutrinos, no por que estos se activen bajo tierra, el escritor seguro se imagino que en el nucleo los neutrinos se iban acumulando y acumulando, como si estos atravesaran la corteza del planeta y al llegar al nulceo se quedaran ahí, algo así como una olla de presión en que el calor aumenta en el interior y la presión aumenta, lo que el escritor no sabía es que eso no tiene sentido por que los neutrinos son algo así como "fantasmas" pasan a través de la materia sin problemas, es decir que atraviesan nuestro planeta y siguen su camino, no se van quedando y acumulando en el núcleo como se da a entender en la película, pero ¡Oh! en la peli nos dicen que estos neutrinos mutaron y se convirtieron en algún tipo de partícula radioactiva, se podría pensar que perdieron su capacidad de atravesar el planeta y ahora a lo mejor se van frenando y se detienen en el núcleo.... pero sigue sigue sin haber explicación al hecho de que la tierra sea bombardeada con microondas, y que estás solo pongan hervir el agua bajo tierra y no en la superficie.... así que la idea que nos plantea esta película sigue siendo tan ridícula como todas las otras que usado el director para destruir el mundo en cintas anteriores.

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  13. Repasemos el reciente premio Nobel de física, si bien no es tan así como lo plantea la peli tiene algo de relación no?

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  14. Repasemos el reciente premio Nobel de física, si bien no es tan así como lo plantea la peli tiene algo de relación no?

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    Respuestas
    1. El Nobel de física se ha concedido por la comprobación/observación/demostración de la oscilación de neutrinos, que es lo que se explica en el post, y que no tiene nada que ver con lo que plantea la película.

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