Hay mañanas en que uno se levanta con la sensación de que el mundo conspira
contra él. Puede ser el despertador, que ha sonado con puntualidad de
funcionario prusiano; puede ser el café, que sabe a posguerra; puede ser una
rodilla que se obstina en recordar al propietario que no tiene ya veinte años.
Es razonable, en tales circunstancias, concluir que el universo nos está
haciendo algo.
La verdad es más impresionante: el universo nos está atravesando.
Mientras usted lee estas líneas, unos cien billones de neutrinos procedentes del Sol pasan
cada segundo por su cuerpo. No rozan la piel ni piden permiso.
Entran por la frente, por la nuca o por un codo; cruzan huesos, pulmones,
recuerdos de infancia y una eventual preocupación por el colesterol; salen por
el lado opuesto y continúan su viaje. Algunos atraviesan luego el suelo, el
centro de la Tierra y el océano Pacífico sin experimentar el menor
contratiempo. Cuesta mucho abrir una puerta con una bolsa de la compra, pero
hay partículas nacidas en el centro del Sol capaces de cruzar el planeta entero
sin detenerse.
Los neutrinos son los visitantes más discretos de la naturaleza. No poseen
carga eléctrica y su masa es diminuta, aunque no nula. Interaccionan con la
materia mediante la fuerza nuclear débil, que tiene un nombre de una sinceridad
poco frecuente en física. Por eso un neutrino puede cruzar una lámina de plomo,
una montaña o la Tierra entera con una serenidad envidiable. No son imposibles
de detener, desde luego. Lo que ocurre es que haría falta una barrera de plomo
de unos cuantos años luz de espesor para tener garantías razonables de que
alguno se dignara a chocar con algo.
El Sol fabrica la inmensa mayoría de los neutrinos que nos atraviesan. En
su interior, cuatro núcleos de hidrógeno acaban fusionándose para formar uno de
helio. En el proceso se libera la energía que mantiene encendida la estrella y
permite que aquí abajo crezcan encinas, tomates y civilizaciones. Los fotones
creados en el núcleo solar tardan decenas o centenares de miles de años en
abrirse paso hasta la superficie, rebotando sin cesar entre átomos. Luego
recorren los 150 millones de kilómetros que nos separan del Sol en poco más de
ocho minutos. Los neutrinos, en cambio, salen casi directamente del núcleo y
tardan esos mismos ocho minutos en llegar a nosotros. Son telegramas enviados
desde el corazón del Sol.
La humanidad tardó bastante en enterarse de que recibía semejante
correspondencia. Wolfgang Pauli propuso la existencia del neutrino en 1930 para
resolver un problema de contabilidad energética en la desintegración beta. Era
una solución tan arriesgada que, en una célebre carta de aquel año, escribió haber
dado con un «remedio desesperado» para salvar la ley de conservación de la
energía. Pauli llamó inicialmente a su partícula «neutrón». Cuando James
Chadwick descubrió en 1932 el neutrón verdadero, Enrico Fermi bautizó la
partícula de Pauli como neutrino, «pequeño neutro» en italiano.
En los años sesenta, Raymond Davis Jr. instaló, en una mina de Dakota del Sur, un
tanque para buscar neutrinos solares. Contenía 615 toneladas de
tetracloroetileno, el líquido empleado en la limpieza en seco. Era una idea
difícil de vender a un vecino prudente: se trataba de esperar a que un neutrino
solar chocara con un átomo de cloro y lo convirtiera en argón. Davis encontraba
poquísimos. Tan pocos que durante décadas pareció que el Sol enviaba menos
neutrinos de los previstos o, alternativa menos tranquilizadora, que los
físicos no entendían ni el Sol ni los neutrinos.
La solución resultó ser más elegante: los neutrinos cambian de identidad
durante el viaje. Existen tres “sabores” —electrónico, muónico y tau— y pueden
oscilar de uno a otro. El observatorio SNO, en Canadá, demostró
en 2002 que el Sol producía el flujo esperado de neutrinos de boro-8,
pero que sólo una parte llegaba a la Tierra como neutrinos electrónicos. Los
demás se habían transformado en neutrinos muónicos o tauónicos. Los neutrinos
no faltaban: sencillamente se habían disfrazado.
Que cien billones atraviesen un cuerpo cada segundo no significa que el
organismo reciba cien billones de golpes. Casi todos pasan de largo. Sus
interacciones son tan improbables y tan poco energéticas que carecen de
consecuencias sanitarias apreciables. No hay razón para ponerse un casco de
plomo para desayunar ni para culpar a una mala mañana de una conspiración del
astro rey.
Los neutrinos no son los únicos embajadores del exterior. También nos llega
una lluvia de rayos cósmicos. El nombre engaña, porque no son rayos como los de
una linterna, sino sobre todo protones y núcleos atómicos que viajan por el
espacio a velocidades próximas a la de la luz. Algunos proceden del Sol; muchos
llegan desde explosiones estelares, campos magnéticos gigantescos y regiones
próximas a agujeros negros supermasivos.
Al alcanzar la atmósfera, esas partículas no llegan normalmente al suelo.
Chocan con núcleos de nitrógeno u oxígeno a gran altura y desencadenan una
cascada de piones, kaones, electrones, fotones, neutrinos y otras partículas.
La atmósfera funciona como un gigantesco laboratorio de física de partículas,
aunque con una política de seguridad bastante laxa y sin un solo cartel que
indique la salida de emergencia.
De esta lluvia secundaria, los muones son los que más claramente nos
afectan, en el sentido literal de que pasan por nosotros. Son parientes pesados
del electrón: tienen la misma carga eléctrica negativa, pero una masa 207 veces
mayor. Viven, cuando están quietos, apenas 2,2 microsegundos: demasiado poco
para caer desde las capas altas de la atmósfera. Pero viajan casi a la
velocidad de la luz y, gracias a la relatividad de Einstein, su reloj interno
transcurre más despacio visto desde la Tierra. Esa pequeña trampa relativista
les permite llegar hasta el nivel del mar.
La cifra habitual es aproximadamente un muón por centímetro cuadrado y
minuto sobre una superficie horizontal. Una mano extendida recibe, por tanto,
del orden de uno o dos cada segundo; un cuerpo humano, según tamaño, postura,
altitud y latitud, es atravesado por decenas o centenares en ese tiempo. No los
notamos, aunque son partículas cargadas y sí interaccionan con la materia. En
una cámara de niebla dejan un fino rastro blanco, como una estela de avión que
sólo durase una fracción de segundo.
En tierra firme, la radiación cósmica constituye una parte menor de la
radiación natural de fondo. Un milisievert —mSv— es una milésima de sievert, la
unidad que expresa la dosis de radiación ionizante recibida y permite estimar
su efecto biológico. Según la estimación clásica de Naciones Unidas, la radiación cósmica aporta en promedio 0,39 mSv anuales,
dentro de una exposición natural total de 2,4 mSv. Una reevaluación reciente de UNSCEAR sitúa el
promedio total cerca de 3 mSv, sobre todo por una revisión al alza de la
contribución del radón que respiramos en interiores.
La dosis cósmica aumenta con la altitud y la latitud. Hay menos atmósfera
protectora en una montaña y el campo magnético terrestre desvía peor las
partículas cargadas cerca de los polos. En los viajes en avión, a diez o doce kilómetros
de altura, los neutrones y otras partículas secundarias cobran más importancia.
Para un pasajero ocasional no supone un problema sanitario relevante; para las
tripulaciones, que acumulan cientos de horas de vuelo, es una exposición
profesional que se estima y vigila.
Todo esto sería una curiosidad cósmica de sobremesa si las partículas no
sirvieran para algo. Pero sirven. Los muones atraviesan mucha roca. Si se
coloca un detector bajo una montaña, una pirámide o un volcán, se registran más
muones allí donde hay huecos o materiales menos densos. Es una radiografía
natural que no requiere rayos X: la hace gratis el universo, con la parsimonia
propia de los procedimientos gratuitos.
En 2017, el proyecto ScanPyramids empleó
detectores de muones para descubrir una gran cavidad sobre la Gran Galería de
la pirámide de Keops. El llamado Big Void mide al menos
treinta metros de longitud y tiene una sección comparable a la de aquella
galería. No sabemos para qué sirvió. Pero una partícula creada en una colisión
atmosférica pudo revelar, sin taladrar la piedra, un secreto que llevaba
milenios encerrado en uno de los edificios más examinados del mundo.
Los neutrinos de alta energía hacen algo todavía más atrevido: permiten
observar regiones del cosmos opacas para la luz. Por eso grandes detectores de
hielo antártico y agua profunda buscan preferentemente partículas que parecen
llegar desde abajo, después de haber atravesado la Tierra. El planeta elimina
así buena parte del fondo de muones producido en la atmósfera. IceCube,
enterrado en el hielo de la Antártida, ocupa aproximadamente un kilómetro
cúbico y reúne más de cinco mil módulos ópticos. No ve neutrinos directamente:
espera a que uno choque, de cuando en cuando, con un núcleo del hielo y
produzca un breve destello azul de radiación Cherenkov.
No vivimos separados del universo, protegidos por una frontera nítida entre
lo de aquí y lo de allá fuera. Somos un episodio local de una historia física
que comenzó hace 13.800 millones de años. Los átomos de nuestro cuerpo se
forjaron en estrellas antiguas; la energía que calienta nuestra piel procede
del Sol; y, mientras tanto, una lluvia de partículas nos conecta con su núcleo,
con explosiones estelares y con fenómenos que ocurren en galaxias lejanas.
Los neutrinos seguirán pasando mientras uno lee el periódico, discute con el banco o busca las gafas que lleva puestas. Quizá resulte reconfortante saber que el universo no es un decorado situado sobre nuestras cabezas. Está aquí. Nos atraviesa a cada segundo. Y continúa su camino.
