Una afirmación extraordinaria — «la identidad de las partículas late en vuelo, y el Modelo Estándar está incompleto» — exige el estándar de prueba del módulo de detectores: experimentos independientes, con fuentes y técnicas distintas, que no puedan compartir el mismo error. Entre 1998 y 2002 llegaron tres, y cada uno es una lección de diseño experimental.
1998 · Super-Kamiokande: la Tierra como experimento
50 000 toneladas de agua purísima en una mina japonesa, tapizadas por 11 000 fotomultiplicadores que ven el destello de cada neutrino que interactúa. La fuente: los neutrinos atmosféricos — hijos de la cadena que conoces del módulo de historia, lloviendo por igual sobre todo el planeta. Y ahí está la genialidad: los que llegan desde arriba nacieron a 15 km; los que llegan desde abajo, al otro lado del planeta, viajaron 12 800 km. Misma fuente, mismo detector, y un brazo de palanca que va de 15 a 12 800 km — el ejemplo resuelto del artículo anterior predice que falte la mitad de los νμ de abajo, y eso, exactamente, midió Super-K: la primera evidencia (5σ y subiendo) de que los neutrinos oscilan. Kajita lo anunció en 1998; la sala, se cuenta, aplaudió de pie.
2002 · SNO: la contabilidad maestra
Quedaba el déficit solar: ¿oscilan también los νe del Sol? El Sudbury Neutrino Observatory (2 km bajo el níquel de Ontario) usó mil toneladas de agua pesada (D₂O), y el deuterio le dio lo que Davis nunca tuvo: dos cuentas a la vez. Una reacción (corriente cargada, vía W) solo la producen los ; otra (corriente neutra, vía Z — ¡las corrientes de Gargamelle!) la producen los tres sabores por igual, porque el Z no distingue sabores.
Problema. SNO midió (en unidades de 10⁶ cm⁻²s⁻¹): flujo solo-νe (corriente cargada) = 1,76; flujo de los tres sabores (corriente neutra) = 5,09. El modelo solar de Bahcall predecía 5,05 en total. Interpreta.
La cuenta: total medido (5,09) ≈ total predicho (5,05): ✓ — el Sol produce exactamente los neutrinos que Bahcall calculó, y todos llegan. Pero solo llegan siendo νe: los otros dos tercios llegan como νμ y ντ — invisibles para Davis (¡el ejercicio 3 del artículo 01!).
Veredicto del caso, 34 años después: Davis medía bien; Bahcall calculaba bien; los neutrinos cambiaban de sabor. Nadie se equivocó — la naturaleza era más interesante que el error. Nobel 2002 para Davis y Koshiba; 2015 para Kajita y McDonald.
2002 · KamLAND: el círculo se cierra
Faltaba el golpe de gracia metodológico: reproducir la oscilación solar con una fuente artificial y controlada. KamLAND contó antineutrinos de todos los reactores nucleares de Japón (distancia media ~180 km — sintonizada al Δm² solar, como calculaste en el artículo anterior) y los vio desaparecer con los mismos parámetros θ y Δm² que los neutrinos del Sol. Fuente natural y artificial, neutrinos y antineutrinos, tres continentes de detectores: una sola física. Desde entonces el juego es de precisión — Daya Bay midió el tercer ángulo (θ₁₃, 2012) y la matriz de mezcla completa (se llama PMNS, la prima leptónica de la CKM que conoces de la historia del charm) tiene ya todos sus ángulos medidos.
Lo que quedó demostrado — y su precio. Los neutrinos tienen masa y se mezclan: primera física firmemente más allá del Modelo Estándar mínimo, descubierta no en un colisionador de miles de millones sino en minas, con agua y paciencia. Y con una rareza de regalo: los ángulos de mezcla leptónicos son enormes (33°, 45°) donde los de los quarks son diminutos (13° el mayor). ¿Por qué esa diferencia? Nadie lo sabe — bienvenido al artículo 04.
Ejercicios
¿Por qué la reacción de corriente neutra de SNO (vía Z) cuenta los tres sabores por igual, mientras la cargada (vía W) solo ve νe? Usa lo que sabes de los bosones del zoo y del presupuesto energético.
Solución
El Z es el mensajero neutro: empuja sin transformar, y trata idénticos a los tres sabores (la «universalidad» que LEP comprobó al contar familias). El W cambia el neutrino por su leptón cargado — y ahí muerde el presupuesto: un νe solar de ~8 MeV puede pagar un electrón (0,5 MeV), pero un νμ necesitaría 105,7 MeV para su muón. La corriente cargada es un filtro de sabor por cinemática; la neutra es el censo completo. SNO convirtió esa asimetría en el experimento perfecto.
Super-K ve los νμ de abajo reducidos a la mitad, pero los νe atmosféricos llegan casi intactos desde todas las direcciones. ¿Qué te dice esto sobre a qué sabor oscilan los νμ atmosféricos?
Solución
Si νμ → νe, los νe de abajo deberían sobrar (ganarían lo que los νμ pierden) — y no sobran. Conclusión: los νμ atmosféricos oscilan dominantemente a ντ, el sabor que Super-K apenas puede ver (¡producir un tau cuesta 1777 MeV!). El mismo razonamiento de contabilidad de siempre: lo que falta en un canal debe aparecer en otro, y si no aparece donde miras, está donde no puedes mirar. Años después se confirmó directamente cazando taus.
Diseña tú: quieres comprobar la oscilación atmosférica (Δm² = 2,5×10⁻³ eV²) con un haz artificial de νμ de 2 GeV producido en un acelerador. ¿A qué distancia colocas el detector, y qué configuración del mundo real reconoces?
Solución
Primer máximo: km. Es exactamente la receta de los experimentos de «línea de base larga»: T2K dispara de Tokai a Super-K (295 km, con E ~0,6 GeV — comprueba: 295/0,6 ≈ 500 ✓), y DUNE disparará de Fermilab a Dakota del Sur (1300 km, ~2,5 GeV). El haz nace de la cadena π → μν de toda la vida: un acelerador fabrica piones, los deja decaer en vuelo, y filtra todo menos los neutrinos — con un tubo de Yukawa de kilómetro y medio. Todo este módulo cabe en esa frase.