Geoneutrinos
Los geoneutrinos son antineutrinos que nacen en el interior de la Tierra. Proceden de la desintegración radiactiva del uranio, el torio y el potasio en la roca — y son el único camino conocido para ver al planeta, en cierto modo, bajo la piel.
La pregunta que responden
La Tierra es caliente por dentro. Unos 47 teravatios fluyen constantemente hacia fuera a través de la superficie — más del doble del consumo mundial de energía de la humanidad.
Este calor impulsa todo lo que hace al planeta geológicamente vivo: la tectónica de placas, el vulcanismo, la geodinamo que genera el campo magnético y nos protege del viento solar.
¿De dónde viene? Son concebibles dos fuentes. Una parte es calor residual de la formación del planeta hace cuatro mil quinientos millones de años. Otra parte procede de la desintegración radiactiva en el interior.
Cómo se reparte una cosa y otra fue durante mucho tiempo desconocido. Las perforaciones alcanzan solo unos pocos kilómetros de profundidad — el agujero más profundo del mundo llega a doce. Las ondas sísmicas revelan la densidad y el estado, pero no la composición química.
Por qué los neutrinos aportan la respuesta
Cada desintegración de uranio o de torio libera antineutrinos, y estos abandonan la Tierra sin obstáculo. Su número es directamente una medida de la cantidad de estos elementos en el planeta — y con ello de la parte radiogénica del calor terrestre.
Una restricción forma parte de ello: el procedimiento ve solo el uranio y el torio. El potasio-40 contribuye ciertamente de manera considerable al calor, pero sus antineutrinos quedan por debajo del umbral de energía de la desintegración beta inversa, de 1,8 megaelectronvoltios, y permanecen así invisibles. Su contribución debe seguir siendo calculada.
La detección
El procedimiento es el mismo que en los neutrinos de reactor: la desintegración beta inversa en un gran centellador, reconocida por la doble señal formada por la aniquilación del positrón y la captura del neutrón.
La dificultad está en la tasa. Un detector de mil toneladas registra algunas decenas de geoneutrinos al año. Un reactor cercano aporta la misma cantidad en un día.
Cuentan, pues, dos cosas: detectores muy limpios y un emplazamiento lo más alejado posible de las centrales nucleares.
Las dos mediciones
KamLAND en Japón comunicó en 2005 el primer indicio. El emplazamiento es en sí desfavorable, porque Japón explota muchos reactores. Tras el apagado temporal de estos a partir de 2011, las condiciones de medición mejoraron considerablemente sin quererlo — un caso raro en el que un experimento se benefició de un acontecimiento ajeno a la ciencia.
Borexino en Italia midió con menos fondo y aportó en 2020 el resultado más preciso hasta la fecha.
Qué ha resultado
Las mediciones dan como resultado que aproximadamente la mitad del flujo de calor de la Tierra procede de la desintegración radiactiva. La otra mitad es calor residual.
Esa es una afirmación sólida sobre la constitución de un planeta, obtenida a partir de partículas que lo atraviesan de parte a parte. Ayuda a acotar los modelos de formación de la Tierra — y a responder a la pregunta de cuánto tiempo seguirá siendo impulsada la tectónica de placas.
Qué queda todavía abierto
La distribución. Si el uranio y el torio se encuentran predominantemente en la corteza o también más abajo, en el manto, no se puede leer solo a partir del número total. Un detector capaz de determinar la dirección lo resolvería — pero la dirección es justamente lo que un centellador no aporta.
La vía practicable pasa por mediciones en varios lugares muy alejados entre sí: un detector sobre corteza continental ve más geoneutrinos que uno en medio del océano, porque la corteza continental es más rica en uranio y torio. De tales diferencias se puede deducir la distribución.
JUNO establecerá aquí nuevas referencias con 20 000 toneladas de centellador.
Términos relacionados
- Antineutrino
- Borexino y KamLAND — las mediciones
- Centellador — la técnica
- Desintegración beta — la fuente