Daniel nos manda la siguiente pregunta:
"Me gustaría preguntarles si existen interacciones de temperatura entre partículas y, en caso de que sí se den, si transmiten alguna clase de calor. En concreto, me gustaría conocer el caso específico de los neutrinos que provienen del sol. También me lo pregunto para otras partículas, pero los neutrinos me suscitan más interés."
Responde José I. Crespo-Anadón, investigador del Departamento de Investigación Básica del CIEMAT / División de Física Experimental de Altas Energías (Marie Skłodowska-Curie Actions Individual Fellow).
La temperatura es una magnitud que se mide macroscópicamente, para escalas grandes. En realidad, la temperatura corresponde microscópicamente a la agitación de las partículas, es decir, es la energía asociada al movimiento de ellas, la energía cinética. Las partículas elementales intercambian energía (y momento) en sus interacciones, incluyendo energía cinética. Estas interacciones se clasifican en cuatro tipos de interacciones fundamentales (fuertes, débiles, electromagnéticas o gravitatorias), y están mediadas también por partículas como los fotones, por ejemplo.
Al igual que el Sol brilla en fotones (de distintas longitudes de onda), el Sol también ``brilla'' en neutrinos. Los neutrinos solares se producen en el núcleo del Sol como resultado de la fusión nuclear, y escapan llevándose parte de la energía de esa reacción. Alrededor de un 3% de la energía radiada por el Sol se emite en forma de neutrinos. Los experimentos de neutrinos solares detectan continuamente estos neutrinos, y estudiando el número de interacciones en función de la energía se deducen propiedades de los neutrinos y de las reacciones nucleares que los generan.
A diferencia de los fotones, los neutrinos apenas interaccionan, de modo que muy poca energía del Sol se deposita a través de las interacciones de neutrinos. Por ello, no resulta práctico desarrollar tecnologías para obtener energía de los neutrinos solares. Es más, los neutrinos producidos en el núcleo del Sol lo abandonan imperturbados, mientras que los fotones tardan unos cien mil años en escapar del Sol debido a las múltiples interacciones que sufren en el interior. Este hecho fue utilizado por el experimento Borexino para comparar la energía producida por el Sol en la actualidad (medida con neutrinos) con la energía producida en el pasado (medida con fotones), concluyendo que el Sol ha permanecido estable durante los últimos cientos de miles de años, y esperamos que siga así durante miles de millones de años más porque cuenta con combustible suficiente para seguir produciendo energía de manera estable.
Aunque la transferencia de calor debido a los neutrinos es muy poco relevante en el caso del Sol, no es así en las supernovas, estrellas masivas que colapsan sobre sí mismas en las últimas etapas de su vida. En una supernova, el número de neutrinos producidos es tal que sus interacciones con el interior de la estrella son abundantes, y se cree que el calor transferido por los neutrinos podría ser suficiente para hacer explotar la estrella. Los experimentos de neutrinos esperan con expectación la próxima supernova lo suficientemente cercana como para detectar estos neutrinos y aprender más sobre el mecanismo detrás de esta explosión estelar.
Además de las supernovas, hubo otro momento en que las interacciones propiciadas por la temperatura fueron muy relevantes, tanto para los neutrinos como para el resto de partículas. En los inicios del Universo tras el Big Bang, las partículas se encontraban en una especie de sopa muy densa y caliente. A medida que el Universo se expandía, esta sopa fue enfriándose y diluyéndose, haciendo que las partículas interaccionasen cada vez menos, hasta volverse transparente después de 380.000 años desde el Big Bang. En ese momento, los fotones empezaron a viajar sin ser absorbidos inmediatamente, generando un fondo de fotones que es detectable todavía. La expansión del Universo ha convertido esos fotones en un fondo de radiación de microondas que está a una temperatura de 2.73 Kelvin por encima del cero absoluto. Esperamos que exista también un fondo de neutrinos producido cuando los neutrinos dejaron de estar en equilibrio térmico con el resto de partículas, tan solo un segundo después del Big Bang, y que se estima que esté a una temperatura de 1.95 Kelvin. La detección de este fondo de neutrinos es extremadamente difícil debido a su bajísima energía, pero se están desarrollando ideas con el fin de intentar detectarlos en el futuro.
