La leyenda del neutrino y el colapso de la física de partículas

por Mathias Hüfner

Tres grandes preguntas han preocupado durante décadas a los astrofísicos y físicos de partículas de la corriente académica dominante:

• ¿Por qué una estrella supergigante explota de repente en un resplandor cegador, más brillante que 100.000 millones de estrellas, después de brillar establemente durante millones de años?
• ¿Qué objetos exóticos en el espacio disparan partículas con, con diferencia, la energía más alta del universo?
• ¿Por qué contiene materia el universo, para empezar?

Existe la idea de que los neutrinos podrían contener la clave para desentrañar las soluciones a estos tres misterios centrales de la astrofísica. Los astrofísicos de la corriente dominante creen que el universo está inundado de estas extrañas partículas subatómicas, casi sin masa. Se dice que billones de estas partículas fantasmales, que habrían surgido en cantidades enormes inmediatamente después del Big Bang y que se liberan constantemente en las estrellas y en otros lugares mediante desintegración radiactiva y otras reacciones, impregnan estrellas y planetas, incluido el nuestro, porque prácticamente no interactúan con partículas elementales cargadas. La tasa de colisión de estas partículas fantasma, sin carga y sin masa, es de aproximadamente 1 entre 2 billones, ya que no interactúan con los campos electromagnéticos. Aun así, se considera que los neutrinos desempeñan un papel crucial tanto en el funcionamiento del universo como en el desvelamiento de algunos de sus mayores misterios. Los neutrinos están en el centro de las leyendas cósmicas que los astrofísicos han venido tejiendo durante décadas, y que presentan constantemente al público como nuevas maravillas, recibidas con entusiasmo y honradas con premios Nobel, aunque estas leyendas no benefician a la humanidad.

Vayamos a los hechos

A principios del siglo XX, la electricidad estaba tan desarrollada que ya se habían identificado sus componentes más pequeños, el electrón y el protón. Después de que Lord Kelvin identificara la carga negativa de un electrón, propuso un modelo del átomo consistente en cargas positivas y negativas dispuestas de forma esférica. Después, Ernest Rutherford, en 1911, usando experimentos de dispersión de rayos alfa sobre una lámina de oro, mostró que un átomo debe consistir en una envoltura negativa y un núcleo positivo. No solo se considera esférico el átomo, sino que también se piensa que sus componentes portadores de carga son esféricos.

Walter Ritz, alumno de Hendrik Antoon Lorentz, conjeturó que las partículas elementales tienen un momento angular, tal como decían las ecuaciones de Maxwell. Sospechaba la existencia de imanes elementales. De forma análoga a Lorentz, una carga puntual en rotación crea un momento magnético. En 1911, el entonces desconocido físico rumano Ștefan Procopiu, alumno de Niels Bohr, fue el primero en hallar el valor exacto del momento magnético de un electrón¹, usando para el cálculo la constante de Planck aplicada al electrón. Este momento se conocería más tarde como el magnetón de Bohr. La conexión entre el ferromagnetismo y el momento angular de los electrones fue demostrada en 1915 por Albert Einstein y Wander Johannes de Haas.² Por desgracia, hubo una diferencia de ½ entre los cálculos de Procopiu y el experimento de Einstein-de Haas, ya que el cálculo de Procopiu se basaba en una revolución completa, mientras que el experimento estaba orientado a media revolución. Tras tomar múltiples mediciones, se confirmó que la información proporcionada por Procopiu era exacta y consistente. Sin embargo, esto no tuvo ninguna influencia correctora en el desarrollo posterior de la física de partículas.^{3, 4}

Ocho años más tarde, en 1919, Rutherford pudo identificar el núcleo del átomo de hidrógeno como la cantidad más pequeña de carga positiva. Ya en 1815, el británico William Prout creía que todos los átomos estarían formados por átomos de hidrógeno, basándose en una interpretación simplificada de los primeros valores de los pesos atómicos. En honor a Prout, llamó al núcleo de hidrógeno protón (el primero). Rutherford descubrió que los electrones en la envoltura del átomo tenían una densidad muy baja. Sin embargo, la envoltura atómica es más ancha que el denso núcleo positivo, pero Rutherford no pudo explicar por qué los electrones no caen al núcleo ni cómo surgen las líneas espectrales discretas.

En efecto, nadie pudo explicar por qué la Luna no cae a la Tierra. Albert Einstein probó la "curvatura" del espacio como explicación, pero solo las superficies se curvan. Una crisis en la física y las matemáticas condujo a la creencia en los milagros.

A principios del siglo XX, los físicos se enfrentaban al problema intelectual de la transición de lo continuo a lo discreto. Esto no era posible dentro de las estructuras de pensamiento mecánico habituales. La cuestión de la escala todavía no jugaba ningún papel en la física. Esto condujo a una ruptura con la electrodinámica.

El surgimiento de la mecánica cuántica fue el primer intento de superar esta crisis intelectual, pero llevó al abandono de la causalidad. En 1930, Wolfgang Pauli observó la emisión de electrones de los átomos y, influido por las ideas de la mecánica cuántica, quedó asombrado por su espectro de energía continuo. Esto parecía ser un problema. Debido a la suposición errónea de que había un factor de ½ entre el torque mecánico y el magnético, se estableció la opinión de que toda partícula elemental tiene un "espín nuclear" de lo que se llama "1/2 unidad".

La mecánica cuántica debería haberse sorprendido por esto. Un torque es una magnitud vectorial. Eso tiene múltiples orientaciones en el espacio, en lugar de ser un simple número. Así que nadie pudo explicar de manera concluyente el espín. Sin embargo, fue adoptado como premisa por Paul Dirac en su ecuación, que, a diferencia de la función de onda de Schrödinger, tiene en cuenta los requisitos de la teoría especial de la relatividad. En 1926, cuando Einstein intentó comprender un artículo de aquel entonces desconocido físico británico de 24 años, escribió, casi con desesperación, en una carta:

Tengo problemas con Dirac. Este acto de equilibrismo por el vertiginoso camino entre el genio y la locura es terrible.

Pauli, sin embargo, sospechaba que había una partícula neutra en el núcleo atómico, a la que llamó neutrón. Si tres partículas estuvieran involucradas en la desintegración beta, el electrón podría absorber cualquier momento desde cero hasta el valor máximo permitido, mientras que la otra partícula ligera "invisible" lo compensaría. La idea no fue bien recibida al principio.

Cuando James Chadwick logró demostrar experimentalmente, en 1932, la existencia de una nueva partícula capaz de atravesar el plomo, bombardeando átomos de berilio con rayos alfa procedentes del polonio, la partícula descubierta fue llamada neutrón. Resultó ser inestable, y se desintegraba en un protón y un electrón con una vida media de 14,6 minutos. Ahora, el electrón debería tener un espín de ½. Pero esto parecía violar la ley de conservación del momento.

En 1933, Enrico Fermi desarrolló una teoría de la desintegración beta que involucraba una partícula virtual, que él suponía sin masa y sin carga, y que solo debía tener espín ½. La llamó "pequeño neutrón" (en italiano, neutrino).

Neutrón → protón + electrón + (anti)neutrino
Luego explicó que el espín nuclear se conserva:
1/2 → 1/2 + 1/2 + (−1/2)

El tipo de interacción que conducía a la desintegración beta se llamó más tarde interacción débil, y las fuerzas asociadas se denominaron fuerzas nucleares débiles. Esto contrastaba con las fuerzas nucleares fuertes, que se suponía que mantenían unidos a los numerosos protones en presencia de un número aproximadamente igual de neutrones en el núcleo.

En 1953, Clyde Cowan y Fred Reines se propusieron por primera vez observar interacciones de neutrinos. Instalaron dos tanques con cloruro de cadmio diluido (CdCl₂) en agua, incrustados entre tres tanques equipados con centelladores líquidos, mientras se protegían de la radiación cósmica mediante gruesos muros de tierra. Con este método, observaron destellos de radiación de Cherenkov. La radiación de Cherenkov se produce debido al movimiento rápido de partículas cargadas (por ejemplo, electrones, es decir, radiación beta) en un medio que no es eléctricamente conductor, o solo lo es ligeramente. Mientras trabajaba en el Instituto de Radiactividad de Leipzig, medí la radiación beta usando detectores de centelleo.

Es un hecho conocido que un neutrino no tiene carga eléctrica.

Pero SOLO LAS PARTÍCULAS CARGADAS pueden producir radiación de Cherenkov.

Esto excluye lógicamente la detección de neutrinos. Las rocas terrestres tienen radiactividad natural. La desintegración beta puede observarse en todas partes, incluso en los túneles mineros más profundos. En 1995, Reines recibió el Premio Nobel por su cuestionable detección de neutrinos (Cowan ya había fallecido para entonces). Ahora los neutrinos deben usarse para explicar todos los fenómenos inexplicables del espacio, ya sea el Sol, los agujeros negros u otros misterios oscuros.

La brecha errónea entre el torque magnético y el mecánico del átomo y del electrón, llamada espín, no solo fue la razón de la invención del neutrino, sino también de la invención de todo un zoológico de partículas elementales virtuales, clasificadas según el tamaño de esta brecha. Sin embargo, ninguna de estas "partículas" podía tener una vida más larga que microsegundos. El resultado principal del acelerador de partículas del CERN fue que solo hay dos partículas elementales estables. Se trata del protón, con carga positiva, y del electrón, con carga negativa.

El Modelo Estándar de las partículas elementales es tanto un espejismo como el Modelo Estándar de la cosmología. Pretende describir la situación en el momento del Big Bang. El problema lógico de ambos modelos es que, en el estado de una explosión, el cambio de entropía alcanza un máximo, lo cual contradice tanto un acto de creación como una evolución. Ambos requieren un cambio de entropía negativo. Según la segunda ley de la termodinámica, una entropía negativa no es posible en un sistema cerrado en expansión. El cambio de entropía negativo requiere un sistema abierto que permita eliminar el residuo.

Conclusiones

A diferencia de los físicos del siglo XIX, que querían reducir todo movimiento a la mecánica, ahora sabemos que solo hay una fuerza, medida en newtons, y que esta se aplica a todos los movimientos físicos, sean electrodinámicos, termodinámicos o mecánicos. Como las masas son portadoras de cargas eléctricas, debemos volver a las consideraciones de Maxwell sobre la electrodinámica. Sin embargo, ahora miramos el sistema de ecuaciones desde la perspectiva de un sistema abierto que tiene una entrada con una fuente de fuerza, representa un canal de transmisión y tiene una salida donde una fase más densa desenrolla la energía como resultado de una aceleración negativa (Figura 1).

La idea de Maxwell se basa en el movimiento en vórtice de las cargas eléctricas y en los vórtices magnéticos perpendiculares a ellas. Si los ejes del vórtice se cierran formando un anillo, las masas se mueven sin fuerza neta, razón por la cual ni el electrón ni la Luna se precipitan. Hermann von Helmholtz estudió los líquidos y se dio cuenta de que los extremos de los ejes de vórtice siempre se cierran en anillo si no encuentran un límite de fase. Si encuentran una fase más densa, como reconoció Max Planck, esta ejerce un efecto energético sobre la capa límite. Heinrich Hertz reconoció que, si se abre el límite hacia un medio menos denso, los impulsos de vibración se propagan más lejos en el medio más fino, como un tsunami. La mayoría de los físicos parecen tener un problema para pensar la mecánica y la electrodinámica de una misma manera.

Nuestro objetivo aquí es crear un modelo atómico básico usando las ideas de vórtices de Maxwell y Helmholtz. Edo Kaal desarrolló un Modelo Atómico Estructurado basado en fuerzas electrostáticas, que presentó por primera vez en la EU2017 en Phoenix. Yo he estado reflexionando sobre su idea durante varios años. Aun así, prefiero las fuerzas magnéticas internas dentro del núcleo atómico, que pueden rastrearse hasta los momentos magnéticos de las partículas elementales. Estas fuerzas han sido demostradas, aunque no como espín cuántico. Además, me sitúo a mí mismo en la tradición histórica de la electrodinámica.

Los primeros intentos de un modelo de vórtice del átomo se remontan a William Thomson, más tarde Lord Kelvin. Sin embargo, tuvo que fracasar con su modelo mecánico, al carecer del efecto de las fuerzas electromagnéticas.

Nunca puedo quedar satisfecho hasta que puedo hacer un modelo mecánico de algo. Si puedo crear un modelo mecánico, puedo entenderlo. A menos que pueda crear plenamente un modelo mecánico, no puedo entenderlo.

— Lord Kelvin

El sistema de ecuaciones de Maxwell debe aplicarse universalmente a través de todo el espectro electromagnético. Sin embargo, hay diferentes explicaciones para la creación de ondas electromagnéticas. Una cosa es obvia para los físicos: la primera posibilidad son los "saltos de energía" de un átomo, y la segunda posibilidad son los procesos alternativos de frenado de átomos, moléculas o partículas cargadas. Si las cargas eléctricas oscilan en una antena, crean ondas electromagnéticas, según los ingenieros de telecomunicaciones (Figura 2). ¿Por qué habrían de generarse las ondas electromagnéticas en modos diferentes, y dónde está la transición entre esos modos? Es simplemente una cuestión de escala. Como resultado, he esbozado un modelo atómico diferenciado que resuelve esta discrepancia. Si bien ha habido éxito con el modelo de capas de Bohr para la envoltura electrónica, ningún modelo previo del núcleo atómico ha sido capaz de proporcionar una explicación satisfactoria para los tres tipos de rayos —α, β y γ—.

Sobre la forma de las partículas elementales

Por partícula elemental entiendo una unidad estable, cuya vida útil no está limitada, que posee una masa comparable y una carga eléctrica. A pesar de todos los intentos de fisión, una partícula elemental vuelve a su forma original en cuestión de microsegundos. El electrón negativo y el protón positivo, 1836 veces más pesado, son los únicos que cumplen este criterio. Eso significa que nuestro mundo es bipolar.

Si se observan las imágenes de partículas elementales de la física de partículas dominante, se advierte que siempre se representan como objetos esféricos. La teoría de cuerdas se desvió únicamente de esta idea, pero se perdió en espacios multidimensionales sin ninguna afirmación física: "No puedo estar de acuerdo con una forma esférica".

¿Cómo pueden entonces los electrones combinarse para formar corrientes? Como tienen la misma polaridad de carga, deberían salir volando en todas direcciones.

Consideremos una carga en rotación. La masa de una esfera en rotación es empujada hacia afuera por la fuerza centrífuga, pero un momento magnético de una carga en movimiento actúa perpendicularmente a ella. Este momento aumenta con la velocidad de rotación y constriñe la masa alrededor del eje de rotación. A medida que aumenta la velocidad de rotación, el elipsoide de rotación se desarrolla hasta convertirse en un anillo de vórtice, un toroide. A partir de la superposición de dos campos de fuerza mutuamente perpendiculares, es probable que las cargas elementales se muevan helicoidalmente en el volumen de un toro anular, como se muestra en la Figura 3. Si se observa la imagen desde arriba, puede verse la onda de De Broglie. También puede pensarse en la función de onda de Schrödinger. Sin embargo, la oscilación en un solo plano requiere una inversión de dirección, lo que siempre exige un esfuerzo adicional. Un movimiento de tornillo (helicoidal), en cambio, está libre de fuerza neta, porque la velocidad permanece constante, tal como nos enseña la órbita de la Luna, que gira alrededor del hilo de vórtice de la órbita terrestre.

En consecuencia, las partículas elementales deben tener una estructura toroidal. Mientras la carga circule en el toroide, no liberará ni absorberá energía. Si el toroide se interrumpe en un punto, se despliega un circuito oscilante abierto, porque la carga ya no puede rotar sin fuerza neta. En un toroide, el campo H en rotación fuerza a la carga a un movimiento helicoidal alrededor del eje del vórtice, creando una inductancia. Los extremos abiertos del eje del vórtice forman la capacitancia de un dipolo, y se emitirá un destello de luz de longitud de onda constante. Esto proporcionaría una respuesta clara a la segunda pregunta, que Rutherford no pudo responder.

Si el neutrón no tiene una existencia estable fuera del núcleo atómico, ¿por qué habría de existir dentro del núcleo atómico como partícula independiente? Como el neutrón consiste en un protón conectado a un electrón, es concebible que el electrón también penetre en el protón vecino y forme un imán elemental como electrón nuclear (Figura 3). Esto crea el bloque de construcción fundamental para todos los átomos estables, que tienen un número igual de protones y neutrones. Una excepción es el berilio 8, que se desintegra inmediatamente en dos partículas alfa. Resulta que un tetraedro hecho de cuatro imanes elementales no es estable. Informé en detalle sobre la estructura nuclear en mi libro Dynamic Structures in an Open Cosmos.⁵ El electrón nuclear atraviesa los dos protones como los devanados de la bobina de un transformador. Como resultado de que el núcleo atómico es tres órdenes de magnitud más pequeño, se emite un cuanto gamma cuando se abre un vórtice de electrón nuclear.

Esto no solo cerraría la brecha entre el momento mecánico y el magnético, y haría innecesario el ominoso espín. Esto significa que el neutrino ya no tiene ningún derecho a existir, y que los secretos del cosmos que nos transmite la radiación electromagnética son los mismos que emiten las fuentes terrestres, sin ninguna trascendencia divina. Simplemente necesitamos ir y leer su información, en lugar de hacer especulaciones matemáticas sin respaldo en la realidad.

[1] Ștefan Procopiu — Determining the Molecular Magnetic Moment by M. Planck's Quantum Theory. En: Bulletin scientifique de l'Académie roumaine de sciences, Vol. 1, 1913, p. 151.

[2] A. Einstein, W. J. de Haas — Experimental proof of Ampère molecular currents, German Physical Society, Negotiations 17, pp. 152–170 (1915).

[3] Emil Beck — On the experimental proof of Ampère molecular currents. En Annalen der Physik, Vol. 60, 1919, pp. 109–148.

[4] Peter Galison — Theoretical predisposition in experimental physics: Einstein and the gyromagnetic experiments 1915–1925. En Historical Studies in the Physical Sciences, Vol. 12, N.º 2, 1982, pp. 285-323.

[5] M. Hüfner — Dynamic Structures in an Open Cosmos; Books on Demand, 2021; ISBN-13: 9783755713753.

El Dr. Mathias Hüfner es un traductor voluntario alemán de The Thunderbolts Project. Estudió física entre 1964 y 1970 en Leipzig, Alemania, especializándose en técnicas analíticas de medición para isótopos radiactivos. Después trabajó en Carl Zeiss Jena hasta 1978 en el desarrollo del análisis espectral por microscopio láser, donde fue responsable del desarrollo de software para la evaluación de los datos espectrales. Más tarde se doctoró en la Universidad Friedrich Schiller en el campo de la ingeniería, donde trabajó 15 años como asistente científico. Algunos años después del cambio en Alemania Oriental, trabajó como profesor autónomo de informática en los últimos años antes de su jubilación. Desde 2015 dirige un sitio web alemán de The Thunderbolts Project (mugglebibliothek.de/EU) y su último libro se titula Dynamic Structures in an Open Cosmos.

[Traducido y adaptado por metahistoria.org a partir del artículo «The Neutrino Legend and the Collapse of Particle Physics», de Mathias Hüfner (fuente: thunderbolts.info)]