Estudiando la física de los neutrinos en tu propia cocina con isótopos de silicio radioactivos

Por Francisco R. Villatoro, el 6 julio, 2009. Categoría(s): Astrofísica • Ciencia • Física • Noticias • Physics • Science ✎ 1

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Todavía no está confirmado, pero los neutrinos podrían ser responsables de pequeñas oscilaciones en la tasa de desintegración radioactiva de ciertos isótopos que presentan una fuerte correlación con la distancia de la Tierra al Sol. Cambios en el flujo de neutrinos solares que podrían ser estudiados en cualquier laboratorio de física nuclear. Por supuesto hay críticos. Algunos creen que el efecto es meramente estadístico. Otros que el efecto tiene explicaciones menos astrofísicas. Nos lo cuenta Justin Mullins, “Decay for all seasons,” New Scientist 42-45, 27 June 2009 [“Solar ghosts may haunt Earth’s radioactive atoms,” 30 June 2009], quien por cierto está a favor de que la explicación es la desintegración beta inducida por neutrinos solares. Un laboratorio para estudiar neutrinos que podemos montar con un contador Geiger en cualquiera de nuestras cocinas.

En 1986 Dave Alburger del BNL (Brookhaven National Laboratory, New York) tenía un grave problema. Llevaba 4 años estudiando experimentalmente la vida media de un isótopo radioactivo del silicio 32Si. La curva de desintegración radioactiva teórica es monótona decreciente. Sin embargo, sus resultados experimentalbes presentaban oscilaciones estacionales: la oscilación tenía un máximo en febrero y un mínimo en agosto (curva verde en la figura de arriba). ¿Influye el Sol en la desintegración radioactiva de un isótopo? ¿Error experimental? Sin tener idea decidió publicar sus resultados en un artículo: D.E. Alburger, G. Harbottle, E.F. Norton, “Half-life of 32Si,” Earth and Planetary Science Letters 78: 168-176, June 1986.

¿Se han observado resultados similares en otros isótopos? Lo cierto es que algunos estudios, aunque pocos, han observado efectos similares en otros isótopos radioactivos, aunque con oscilaciones de menor amplitud que podrían ser estrictamente aleatorias. Por ejemplo, Eric B. Normana et al., “Evidence against correlations between nuclear decay rates and Earth–Sun distance,” Astroparticle Physics 31: 135-137, March 2009, que han estudiado evidencia anterior sobre oscilaciones estacionales en la desintegración de los isótopos 22Na, 44Ti, 108Agm, 121Snm, 133Ba, y 241Am, concluyendo que se pueden deber a fluctuaciones aleatorias, no conectadas con el movimiento de la Tierra alrededor del Sol.

Sin embargo, para el algunos isótopos la evidencia de las oscilaciones es suficientemente grande como para que no pueda ser achacada a fluctuaciones, como han mostrado Ephraim Fischbach y Jere Jenkins, de la Purdue University, West Lafayette, Indiana, quienes han estudiado estadísticamente los resultados del BNL y resultados similares publicados en 1998 por un grupo alemán para el 226Ra (PTB en la figura de arriba) confirmando que el resultado está correlacionado con la distancia Tierra-Sol más allá de toda duda. El artículo técnico es Jere H. Jenkins, Ephraim Fischbach, John B. Buncher, John T. Gruenwald, Dennis E. Krause, Joshua J. Mattes, “Evidence of correlations between nuclear decay rates and Earth–Sun distance,” Astroparticle Physics, In Press, Available online 30 May 2009.

¿Qué puede causar estas oscilaciones estacionales en la desintegración radioactiva de ciertos isótopos? Tom Semkow y sus colaboradores han propuesto que fluctuaciones de la temperatura pueden ser responsables de las oscilaciones observadas, en T.M. Semkow et al. “Oscillations in radioactive exponential decay,” Physics Letters B 675: 415-419, 25 May 2009. Han estudiado las oscilaciones en la desintegración radioactiva de los isótopos 226Ra, 32Si y 36Cl, observando que está correlacionada con variaciones en la temperatura de la muestra (en la que influye el Sol solo de forma indirecta).

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La hipótesis más interesante, todavía sin confirmar, pero que parece que es la más gusta a Justin Mullins, es que el flujo de neutrinos solares (que cambia con la distancia Tierra-Sol) induce desintegraciones beta adicionales en las muestras radioactivas estudiadas. Esta hipótesis está sin confirmar. Ya se han diseñado experimentos que podrán confirmar o refutar esta hipótesis. La figura de arriba nos muestra claramente la idea. Requiere pocas palabras.

Quien sabe, quizás en unos años todos podamos hacer experimentos sobre física de neutrinos (solares) como prácticas de laboratorio en un curso de Física Nuclear.