L’aniversari del neutrí

M23-2.jpg “L’energia no es crea ni es destrueix, només es transforma”

Aquesta frase, que hem sentit moltes vegades, correspon al principi de conservació de l’energia i és d’aquells conceptes que agraden perquè malgrat algunes implicacions sorprenents, en general el podem entendre perfectament. Podem convertir l’energia del vent en energia elèctrica, que després farem servir per generar energia tèrmica o energia lumínica. En cada pas perdem una mica (o molt) però tot plegat fa moure el món actual.

Però fa anys va semblar que aquesta frase l’hauríem de guardar perquè hi havia uns experiments on, aparentment, no es complia. Quan a principis de segle els físics van començar a estudiar la radioactivitat van veure que es podia presentar en diferents formes. Hi havia les radiacions alfa, les beta i les gamma. Cada una amb les seves característiques. Amb l’alfa i la gamma, no hi havia problema. Començaves amb un àtom d’algun element que es desintegrava i emetia radiacions i partícules amb molta energia. I com que l’energia no es crea ni es destrueix, que només es transforma, la suma de l’energia dels productes inicials era exactament igual a la suma de la dels productes finals. Un principi que es complia sempre… excepte en la desintegració beta.

La desintegració beta consistia en un àtom que es desintegrava i es transformava en un altre àtom diferent i un electró. En principi, la diferència d’energia entre l’àtom  inicial i el final havia de correspondre a la que s’emportava l’electró i sempre hauria de ser la mateixa. Però en realitat el que trobaven era electrons amb diferents energies que quasi sempre eren menors que la esperada. Això volia dir que, aparentment, una part de l’energia desapareixia. Però si desapareixia, si l’energia es destruïa,… el principi de conservació deixava de ser vàlid!

El passat dia 4 de desembre va ser l’aniversari d’una de les cartes més interessants de la historia de la física. Era l’any 1930 i la va escriure en Wolfgang Pauli dirigida als assistents a una reunió científica a la que no va poder anar. El principi de la carta ja es pot considerar de poc convencional: “Benvolguts i radioactius senyores i senyors…”

En aquella carta, en Pauli va proposar una solució per aquell problema que desconcertava als físics. Una solució in extremis, però allò era millor que res. Pauli va proposar que al nucli de l’àtom hi havia unes petites partícules de càrrega neutra que durant la desintegració beta es generaven al mateix temps que l’electró. La suma de l’energia de l’electró més la d’aquestes partícules desconegudes si que donaria el total d’energia necessària per mantenir intacte el principi de conservació de l’energia.

No les havien pogut detectar perquè eren molt petites i no tenien càrrega elèctrica. Aquesta característica va fer que en Pauli proposés el nom de “neutrons” per referir-se a les partícules hipotètiques. El que passa és que un parell d’anys després es van descobrir al nucli dels àtoms unes partícules que efectivament no tenien càrrega elèctrica (eren neutres) però que no podien ser las que en Pauli havia proposat perquè aquestes eren molt grans. Tant com un protó. Per tant, el nom de neutrons se’l van adjudicar a les noves, i com que les imaginades per en Pauli havien de ser molt més petites, les van passar a anomenar “neutrinos” o neutrins. El nom el va proposar Enrico Fermi, que era italià i va fer un joc de paraules amb el gran neutrone i el petit neutrino.

Les partícules d’en Pauli ja tenien nom, però encara no les havia vist ningú. El cas és que van calcular quines característiques haurien de tenir i va resultar que gairebé no interactuarien amb la matèria, cosa que les faria pràcticament indetectables. El mateix Pauli va escriure: “He proposat una partícula que no pot ser detectada. He fet una cosa terrible!”. Però tampoc n’hi havia per tant ja que vint-i-sis anys després es van poder detectar els neutrins.

La història sempre em recorda una mica la del bosó de Higgs. Una partícula imaginada també per explicar un problema desconcertant i que també va caldre esperar molts anys per confirmar la seva existència.

8 comentaris

  • Sinera

    07/12/2012 20:46

    Seria divertit que, molt de tant en quan, algun d’aquests neutrins que ens travessen interectués amb algun dels nostres àtoms d’algun a manera “sorprenent”… vull dir “de bon rotllo”… Són tants i ens travessen tan íntimament…

    Dani,

    A mi sempre m’ha fet un no sé què, això de pensar que el Big Bang sigui el principi de tot… com si d’un déu és tractés. Sería “la gran excepció” a més de “la gran explosió”. Podem fer l’esforç de cenyir-nos-hi, però la imaginació sempre va més enllà i es pregunta: què carai hi havia abans del Big Bang?… per més que en Hawking afirmi que és una pregunta absurda!

  • Joan Codina

    07/12/2012 19:06

    També m’afegeixo a la celebració jo!! Per molts anys neutrins!! M’ha encantat el detall que té Pauli amb amb els homes i dones radioactius!

    Fins on sé els neutrins són massius (les oscil·lacions de neutrins s’expliquen a partir de les diferències de massa de les diferents famílies de neutrins i alguna anada d’olla quàntica). Per molts càlculs es pot assumir que van a la velocitat de la llum (i fer el c=x/t), als astrònoms no els ve d’un pam. Però certament la relativitat és molt clara pel que fa a la massa i la velocitat de la llum (i com que encara no ens ha fallat mai hi seguim confiant).

  • Daniel Closa

    07/12/2012 14:48

    yo. Recorda que mentre llegies el post, uns doscents trilions de neutrinos provinents del Sol han travessat el teu cos i han seguit el seu camí impertorbavbles, “cap a l’infinit i més enllà”

    Pau. Nono. El motiu que els neutrinos arribin abans que la llum és que els neutrinos es generen al nucli de l’estrella que colapsa i poden sortir immediatament (ja que no interaccionen amb res) En canvi la llum només sortirà de l’estrella que colapsa quan l’ona de xoc arribi a la superfície (unes hores després).

  • Pau Bosch

    07/12/2012 14:17

    L’ “astronomia de neutrins” es basa en què van a la velocitat de la llum. Quan arriben neutrinos d’una supernova a la Terra (cas de la SN 1987A) ho fan només unes poques hores abans que arribi la llum, la qual ha trigat una mica més per culpa de la pols que eclipsava la llum i que la mateixa supernova neteja.

    El cas és que no trobo informació sobre què el que falla i suposo que deu ser per què els físics ho tenen clar i no cal que ho expliquin, però a mi no em quadra :p

  • yo

    07/12/2012 13:50

    Moltes felicitats neutrins!!! no pasen els anys per vosaltres, esteu tan be com sempre. Molt de gust coneixer-vos.

  • Daniel Closa

    07/12/2012 12:29

    Sinera. Acceptarem que tot va començar amb el Big Bang, fins que no tinguem una teoria millor. L’únic important es no donar cap teoria per definitiva.
    Si importa que l’univers acavi? No ho crec, però certament tinc curiositat per saber el seu desti final.

    Pau. Mmmm. No, no es poden compatibilitzar les dues coses. Ho hauré de mirar, però fins on jo se els neutrins viatgen a velocitats properes a la de la llum, però sense arribar-hi.

  • Pau Bosch

    07/12/2012 12:17

    Hi ha un dubte que fa temps que tinc sobre els neutrins, però que ningú em sap respondre. Ja que t’agrada tant informar-te sobre anècdotes científiques, potser tu el puguis resoldre i fins i tot et pot inspirar un article.

    El cas és que fa temps que es va determinar que els neutrins, tenen massa. Molt petita, però en tenen. Els experiments també han determinat que viatgen a la velocitat de la llum. Tanmateix, la física relativista indica que cap objecte que tingui massa pot anar a la velocitat de la llum, ja que llavors la seva massa augmentaria i caldria una energia infinita per a moure una massa infinita, cosa impossible. En teoria, només les partícules sense massa haurien de poder viatjar a la velocitat de la llum.

    Saps si s’ha trobat manera de compatibilitzar les dues coses? (sí, ja sé que s’allunya del que explicaves, però és que ja no sé trobar qui m’ho expliqui)

  • Sinera

    07/12/2012 9:20

    Uns anys de gran incertesa fins que el petit neutrí va compensar de nou la teoria. Gràcies a això podem seguir pensant que d’alguna manera, potser “ridícula”, hem existit sempre a l’univers i sempre existirem, tant nosaltres -els que tenim carn i ossos- com els que no han tingut la fortuna d’haver nascut mai. Més endavant, seguirem sent el que sempre havíem sigut, abans i després del Big Bang. O no? O hem de seguir acceptant que “tot va començar” amb el nostre Big Bang?

    Importarà que l’univers “s’acabi”? No ho crec pas…