Los Pirineos, laboratorio del universo
2009/03/01 Imaz Amiano, Eneko - Elhuyar Zientziaren Komunikazioa | Lakar Iraizoz, Oihane - Elhuyar Zientzia Iturria: Elhuyar aldizkaria
En el pueblo de Canfranc, en pleno corazón del Pirineo, se encuentra un antiguo túnel que antiguamente servía para pasar los trenes. Sobre él se encuentra el monte El Tobazo, un pedazo rocoso de casi 900 metros de altura, y a un lado del túnel, a 750 metros de la entrada, hay dos pequeñas galerías. II. Fueron creados en la Guerra Mundial, y en aquella época estuvieron llenos de dinamitas para hacer que los enemigos explosionaran el túnel.
No tuvieron que hacer estallar la dinamita y al finalizar la guerra se vaciaron las galerías. Hasta el año 1985, permanecieron en estado puro. En aquella época, el Grupo de Física Nuclear y Grandes Energías de la Universidad de Zaragoza buscaba un lugar para realizar unas investigaciones especiales y se encontró con los galeros, donde decidió instalarse.
Las galerías se convirtieron en laboratorios y posteriormente han sido ampliadas. En un principio tenían una instalación de 105 metros cuadrados, y ahora tienen unos 1.000 metros cuadrados porque han construido otra junto a estas dos galerías. Y es que, a medida que se realizan los experimentos, han visto que es un lugar muy apropiado y que es utilizado por diferentes grupos internacionales.
Mirando las partículas del universo
La física de los astropartículas es la que estudia este grupo de la Universidad de Zaragoza. Un miembro del grupo, José Ángel Villar, nos explicó, en pocas palabras, en qué consiste la investigación en el subsuelo: exploran fenómenos que tienen muy pocas posibilidades de suceder en el universo.
Estos fenómenos son escasos pero se deben a componentes muy numerosos como neutrinos y materia oscura. Los neutrinos son partículas elementales sin carga eléctrica, es decir, que por lo menos sabemos que no están formadas por partículas más simples. Son emitidos por elementos radiactivos en la desintegración, como reacciones en los núcleos de las estrellas, supernovas, centrales nucleares y aceleradores de partículas. Según algunos cálculos, la Tierra recibe un flujo de neutrinos de diez mil millones de centímetros cuadrados por segundo.
Los expertos consideran que la materia oscura ocupa el 24% del universo. Teniendo en cuenta que todos los componentes del espacio que conocemos (estrellas, planetas, galaxias, agujeros negros, etc.) no llegan ni al 5%, podemos decir que sí, la materia oscura es también muy abundante.
Tendríamos que decir que sería para ser correctos, o no. La mayoría de las teorías e hipótesis planteadas para explicar la dinámica de las galaxias y del universo en general consideran imprescindible que haya mucha más materia de la que ven. Pero nunca lo han visto ni medido. Por eso se le llama materia oscura.
A pesar de su abundancia, tanto neutrinos como la materia oscura, es muy difícil para los expertos que la practican analizar una y otra, probar las hipótesis que quieren probar y realizar las mediciones que quieren realizar. La razón es que ambas tienen muy poca interacción con la materia que conocemos y con los instrumentos que utilizamos para realizar las mediciones.
Por ejemplo, todavía no han encontrado que la materia oscura tenga carga eléctrica, ni magnetismo, ni interacción con la luz o la radiación. En cuanto a los neutrinos, la interacción es muy pequeña, ya que eléctricamente son neutros y apenas tienen masa. Así, la inmensa mayoría de los millones de neutrinos que llegan a la Tierra cada segundo atraviesan la Tierra de un lado a otro, sin ninguna interacción con las partículas que la forman. Sólo ocasionalmente se produce una interacción.
Estas pocas interacciones son, además, extremadamente débiles. Tal y como nos dijo Villar, "en condiciones normales sería imposible detectar esta interacción, ya que la radiación cósmica se encuentra en todo el espacio por doquier y esa radiación cubre completamente estas interacciones". Al igual que muchos neutrinos, la radiación cósmica está formada por partículas emitidas en una serie de reacciones en el espacio, que son cargadas y que tienen una interacción mucho más intensa con la materia. Por eso cubren las partículas que estudian en Canfrance.
Bajo tierra, protegido
Si la radiación cósmica cubre las interacciones que pueden tener las materias oscuras y neutrinas, y el objetivo es investigar estas interacciones, los científicos sólo tienen una solución: protegerse de la influencia de la radiación cósmica. Como la radiación cósmica llega desde el espacio, la mejor forma de protegerla es penetrarla en el subsuelo.
Es una forma de aislar las partículas con menor capacidad de interacción. Cuanto más tierra atraviese, más energía perderán las partículas que forman la radiación cósmica en las interacciones. Los laboratorios del túnel de Canfrance se encuentran a casi 900 metros de la superficie, por lo que son muy apropiados. Según Villar, la característica principal que persiguen en estos túneles es que "en cuanto a radiación, el entorno donde se realizan los estudios es lo más limpio posible".
Además de su ubicación, la geología del monte sobre el que se asienta el túnel contribuye a la formación de la pantalla protectora. Según nos explicó Villar, "si el medio fuera granítico sería inútil experimentar, ya que el granito emite mucha radiación. En Canfrance predomina la piedra caliza con un grado de radiación muy bajo".
Buscando la masa de neutrinos
Toda esta protección es necesaria para conocer las propiedades de los neutrinos. Descubrieron los neutrinos a finales de los años 50, pero todavía los científicos saben muy poco de ellos.
"Por ejemplo, en un laboratorio como el de Canfrance que descubrieron hace muy poco que los neutrinos tienen masa", explicó Villar. Ahora quieren saber cuánto es esa masa. Y en Canfrance, entre otras cosas.
Algunos cálculos indican que la masa de los electrones es 200.000 veces menor que la de los neutrinos, y la masa de los electrones es 1.800 veces menor que la de los protones. Y un protón tiene un cuatrillón y medio de un gramo, es decir, 1,5 x 10 -24 gramos.
"Queremos ver la masa de neutrinos tan pequeña como proponen", señalaba Villar. "Para ello, deberíamos observar un proceso denominado beta desintegración doble, que se produce cada diez cuatriliones al año (cifra con veinticinco ceros detrás del número uno)".
Para detectar este proceso crean un entorno con un grado de aislamiento aún mayor. "Introducimos los detectores en unos bloques de unos palanquitos de plomo para aislar más de la radiación del medio. De hecho, en caso de doble desintegración beta, las interacciones que se producirán serán muy débiles.
Cuando la gente visita al laboratorio, en bromas se les dice a estos detectores que llaman capillas. "En definitiva, es una capilla, porque hay que ser una verdadera fe para buscar algo tan poco probable que ocurra! ", ríe Villar.
La materia oscura, ¿sí?
Por otro lado, en cuanto a la materia oscura, se está trabajando con una opción que puede ser cierta. Villar nos explicó en qué consiste: "Es posible que nuestra galaxia esté rodeada de materias oscuras y que haya varios halos de materia oscura. En esta situación puede ocurrir que en la rotación de la Tierra alrededor del Sol y en el movimiento del Sol sobre la galaxia, a veces gire a favor de ese halo de materia oscura y otras se mueva contra ellos, por lo que a veces se produce una mayor interacción con esa supuesta materia oscura que otras. Se denomina modulación por años."
Varios grupos de todo el mundo buscan esta supuesta modulación. Según nos dijo Villar, "hace dos años un grupo de científicos italianos dijo haberlo detectado. Desde entonces, un grupo estadounidense intenta obtener los resultados obtenidos por los italianos, pero no lo consiguen. Lo que ocurre es que se está trabajando con otras tecnologías y con detectores de otro tipo, por lo que es posible que no se perciba dicha modulación.
Nosotros tenemos las mismas tecnologías y herramientas que los italianos y nos han encargado un experimento equivalente para ver si podemos llegar a las mismas consecuencias que los italianos".
Villar nos explicó cómo reconocerían las interacciones si éstas se produjeran alguna vez, claro: "intentamos que las partículas, sean neutrinas o partículas de materia oscura, choquen con los núcleos de los detectores y se produzca una cierta reacción en ese choque. La reacción puede ser la emisión de luz, la liberación de calor o cualquier otro fenómeno que pueda ser medido por nuestra interacción".
En definitiva, de ahí podrían deducir que la partícula objeto de estudio ha estado en interacción con el detector. Y, por tanto, podrían confirmar la existencia de dicha partícula o utilizar esta información para aclarar las propiedades de la partícula. Como decía Villar, "el mecanismo es muy sencillo, pero eso es muy difícil".
Durante los veinte años de trabajo no han encontrado conclusiones concluyentes. Sin embargo, creen que van por buen camino y seguirán buscando para conocer el espacio en mayor medida.
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