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Física, Química y Energía
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El descubrimiento tiene también importantes implicaciones en las teorías cosmológicas.
La confirmación de que los neutrinos son partículas con masa obliga a una revisión del modelo estandar de la física de partículas, en el que carecían de ella.
Los resultados obtenidos por el observatorio de neutrinos de Sudbury han confirmado los datos recogidos en 1998 por el detector Super-Kamiokande.
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La propuesta de una nueva partícula: el neutrino.
Mientras que la radiación alfa producida por un elemento determinado parecía ser emitida con una energía característica y dentro de un rango concreto, en 1914 James Chadwick demostró que el espectro de emisión de la radiación beta no era único sino continuo. Experimentos confirmados más tarde por C.D. Ellis.
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Chadwick, J.; "Intensitätsverteilung im magnetischen Spektrum der b-Strahlen von Radium B + C" / La intensidad de Distribución en el espectro MAgnético del Radium B + C". Verhandl. Dtsch. phys. Ges. 16 (1914) 383;
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Ellis, C.D.; Wooster, W.A.; "The Continuous Spectrum of b Rays". Nature 119 (1927) 563;
El problema de la desintegración o descomposición beta ("decaimiento beta" o "beta decay"), proceso por el que elementos inestables pasan a convertirse en otros más estables (por ejemplo el 14C pasa a 14N + 1 antineutrino + 1 electrón), era que en los modelos teóricos los electrones generados deberían ser expulsados con la misma velocidad y energía, y ello no parecía ser así, sino que se observaba un espectro de velocidades continuo.
Al principio el fenómeno se explicó como resultante de un proceso de frenado de los electrones emitidos. No obsante Ellis y Wooster demostraron en 1927 que dicho proceso de frenado no existía en realidad.
Ello dejaba como conclusión que los electrones eran emitidos a diferentes energías, lo cual contradecía el principio de conservación de la energía (E=mc2) postulado por Albert Einstein en 1905: si se medía la masa del nucleo inicial, la del nucleo final y la energía y masa del electrón emitido, parecía como si se perdiera algo energía en las reacciones.
 | Imagen de W.Pauli. Cortesía del CERN Document Server. |
Con el objeto de explicar el espectro de energías de la desintegración beta del núcleo atómico Wolfgang Pauli postuló en 1930 la existencia en el núcleo de partículas neutras de masa cero o casi cero (a la que propuso denominar "neutrón") que se llevaban energía de la reacción anterior (y momento cinético o spín), y que no habían podido ser detectadas todavía.
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Carta de la reunión de Tubingen en la que Pauli propuso por primera vez la existencia del neutrino:http://www.cc.uoa.gr/~candreop/minos/pauli_letter.html
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Pauli, W. "Structure et proprietes des Noyaux Atomique" ("Estructura y Propiedades del Núcleo Atómico"). PARIS-34, P.324 (1934).
En 1932 James Chadwick descubrió un nuevo tipo de partícula del núcleo atómico carente de carga eléctrica a la que dió el nombre de neutrón, tal y como propuso Pauli. Sin embargo, dotada de una masa similar a la del protón, no era la partícula responsable de la existencia de un espectro de energías en la desintegración beta.
En 1933 Enrico Fermi formuló una hipótesis teórica en la que la desintegración del neutrón originaba un protón, un electrón y la partícula de Pauli, a la que denominó "neutrino" ("pequeño neutro"), con lo que resolvía el problema de la pérdida de energía de la desintegración beta.
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"Tentativo di una teoria dei raggi ß", Ricerca Scientifica, 1933 (also Z. Phys., 1934) Teoría de emisión de rayos ß basada en la hipótesis propuesta por pauli de la existencia del neutrino.
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"Versuch einer Theorie der b-Strahlen.I / Towards the Theory of b-Rays". Fermi, E. Z. Phys. 88 (1934) 161; Nuovo Cim. 11 (1934) 1.
Dicha partícula no pudo ser detectada experimentalmente hasta 1956 gracias a los experimentos llevados a cabo por Frederick Reines y Clyde Lorrain Cowan. Mediante un detector consistente en un gran recipiente de dicloruro de cadmio (CdCl2) dotado de fotorreceptores en sus paredes se registraron los fotones producidos por la incidencia de neutrinos (*) originados en el reactor nuclear de Savannah River, en Carolina del Sur (EEUU), al colisionar con protones, lo que generaría un positrón y un neutrón.
(*) Para ser más exactos, antineutrinos, ya que son estas las partículas que se producen en determinados procesos de los reactores nucleares).
 | Esquema del principio de funcionamiento detector empleado por F.Reines. |
El primero se aniquilaba inmediatamente con un electrón del material circundante originando dos fotones. El segundo era capturado al cabo de 15 microsegundos por un núcleo de cadmio, liberando más fotones. El registro de dichas emisiones de fotones separadas por un lapso de 15 microsegundos era la confirmación experimental de la existencia de los neutrinos.
Posteriormente, en 1962 Melvin Schwartz, Jack Steinberger y Leon Lederman descubrieron la existencia de dos tipos de neutrinos con características ("sabores") diferentes: el neutrino electrónico, más común, y el neutrino muónico.
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Danby, G.T.; Gaillard, J.M.; Goulianos, K.; Lederman, L.M.; Mistry, N.; Schwartz, M.; Steinberger, J.; Observation of High-Energy Neutrino Reactions and the Existence of Two Kinds of Neutrinos Phys. Rev. Lett. 9 (1962) 36.
En julio del 2000 se anunció la confirmación experimental de la existencia del neutrino tauónico, conjeturada desde que en 1978 se descubrió el leptón tau, quien estaba implicado en procesos que mostraban los mismos desajustes de energía que llevaron a Pauli a predecir la existencia de los neutrinos.
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