Takaaki Kajita
Takaaki Kajita (梶田 隆章, nacido el 9 de marzo de 1959 en Higashimatsuyama, prefectura de Saitama) es un físico japonés. En 1998 demostró que los neutrinos se transforman unos en otros por el camino — y con ello, que poseen masa. Por eso recibió en 2015, junto con Arthur B. McDonald, el Premio Nobel de Física.
Trayectoria
Kajita estudió en la Universidad de Saitama y se trasladó para el doctorado a la Universidad de Tokio, donde lo terminó en 1986 con Masatoshi Koshiba. Perteneció así desde el principio a aquel grupo de trabajo que operaba uno de los detectores más insólitos del mundo en una mina de zinc cerca de Kamioka.
Desde 1988 trabaja en el Institute for Cosmic Ray Research de la Universidad de Tokio, cuya dirección asumió en 2008.
El enigma que le esperaba
El detector Kamiokande había sido construido originalmente para una pregunta muy distinta: se quería ver si los protones se desintegran. La desintegración del protón no se produjo — hasta hoy. En cambio, a los participantes les llamó la atención otra cosa.
Los neutrinos atmosféricos se originan cuando la radiación cósmica incide sobre la envoltura de aire. De la cadena de desintegración de los piones así producidos se sigue una expectativa clara: por cada neutrino electrónico deberían llegar dos neutrinos muónicos. Esta proporción apenas depende de cuán intensa sea la radiación cósmica en cada momento — no hace falta, pues, conocer la fuente con exactitud para tener una predicción precisa.
Kamiokande medía, sin embargo, claramente demasiado pocos neutrinos muónicos. El hallazgo estaba sobre la mesa desde mediados de los años ochenta y se llamaba anomalía de los neutrinos atmosféricos. Al principio no se lo tomó en serio. La sospecha más inmediata era que el detector no distinguía con suficiente limpieza las clases de partículas.
El recurso ingenioso: la Tierra como escala
La aportación de Kajita consistió en plantear la pregunta de otro modo. En lugar de preguntar cuántos neutrinos muónicos faltan, preguntó de qué dirección faltan.
La idea que hay detrás es de una gran sencillez. Un detector situado a gran profundidad bajo tierra recibe neutrinos de todas las direcciones — pero estos tienen tras de sí recorridos muy distintos. Lo que viene de arriba se originó unos 15 kilómetros por encima del detector. Lo que viene de abajo se originó en el otro lado del planeta y ha recorrido unos 13 000 kilómetros.
Una sola y misma instalación mide así al mismo tiempo un trayecto muy corto y uno muy largo. Y dado que la oscilación de neutrinos depende de la longitud del camino, el efecto tiene que mostrarse como una dependencia del ángulo de incidencia — si es que existe.
Un fallo del detector no se habría comportado así. Habría actuado igual arriba que abajo.
La decisión de 1998
Para la respuesta hacía falta un detector mayor. Super-Kamiokande entró en funcionamiento en 1996: 50 000 toneladas de agua muy pura, rodeadas de más de once mil fotomultiplicadores, a 1 000 metros bajo el monte Ikeno.
Tras dos años de tiempo de medición se dispuso del resultado. De arriba llegaba el número esperado de neutrinos muónicos. De abajo llegaba aproximadamente la mitad. Los neutrinos electrónicos no mostraban tal déficit — llegaban de ambas direcciones tal como se había calculado.
Los neutrinos muónicos, por tanto, no habían desaparecido en el largo camino a través de la Tierra. Se habían transformado, predominantemente en neutrinos tauónicos, que el detector no veía.
Kajita presentó el hallazgo en junio de 1998 en el congreso Neutrino 98, en la ciudad japonesa de Takayama. Testigos de la época cuentan que la sala aplaudió durante minutos tras la conferencia — algo inusual en un congreso especializado.
Por qué eso pesaba tanto
La demostración de la oscilación tiene una consecuencia que va mucho más allá de la física de neutrinos. Solo puede oscilar lo que tiene masa — y además masas distintas para las diferentes clases.
El modelo estándar de la física de partículas había considerado durante décadas que los neutrinos carecían de masa. Era la teoría más exitosa de la física, confirmada en cientos de mediciones. El resultado de Kajita mostró que en este punto es incompleta.
Ese es hasta hoy el único hallazgo de laboratorio asegurado que apunta más allá del modelo estándar. De dónde proceden las masas de los neutrinos está abierto; el mecanismo seesaw es el intento de explicación más conocido.
Después
Kajita permaneció fiel a la investigación fundamental, pero cambió de campo. Dirige la construcción de KAGRA, un detector japonés de ondas gravitacionales que se encuentra también bajo tierra en Kamioka — en las mismas montañas en las que se miden los neutrinos.
De 2020 a 2023 fue presidente del Consejo de Ciencia de Japón. En ese papel se pronunció varias veces sobre la libertad de la investigación y sobre la responsabilidad de los científicos ante la sociedad.
Términos relacionados
- Super-Kamiokande — el detector
- Neutrinos atmosféricos — la fuente
- Oscilación de neutrinos — el proceso
- Masatoshi Koshiba — su maestro
- Arthur B. McDonald — su colaureado
Fuentes
- Colaboración Super-Kamiokande (Y. Fukuda et al.): Evidence for Oscillation of Atmospheric Neutrinos, Physical Review Letters 81, 1562 (1998).
- Fundación Nobel: Premio Nobel de Física 2015, motivación y conferencia Nobel de Takaaki Kajita.