El Centro de Láseres Pulsados (CLPU) de Salamanca diseñará tecnología esencial para el proyecto NEXT, que busca demostrar si el neutrino es su propia antipartícula, lo cual explicaría la existencia de la materia
José Pichel Andrés/DICYT El científico Juan José Gómez Cadenas, investigador del Instituto de Física Corpuscular (IFIC, centro del CSIC y la Universidad de Valencia) lidera un ambicioso proyecto español que busca demostrar que el neutrino es su propia antipartícula, una teoría que explicaría la existencia de la materia. Conseguirlo sería uno de los mayores descubrimientos en el campo de la física de partículas tras el hallazgo del bosón de Higgs. El Centro de Láseres Pulsados (CLPU) de Salamanca tendrá un papel esencial en el proyecto NEXT (Neutrino Experiment with a Xenon TPC), ya que se ocupará de diseñar un láser imprescindible para los objetivos que persigue esta iniciativa.
El experimento permitiría comprender uno de los misterios más grandes de la física moderna: la razón de que el universo conocido esté hecho de materia. “Cuando hacemos experimentos en laboratorios como el CERN, producimos exactamente la misma cantidad de materia que de antimateria y todas nuestras teorías indican que tras el Big Bang las dos deberían haberse creado en proporciones idénticas y, por lo tanto, tendrían que haberse aniquilado. La única razón por la que existe el universo es que en algún momento se produjo una asimetría entre materia y antimateria”, señala en declaraciones a DiCYT Juan José Gómez Cadenas, que ha conseguido la beca europea de mayor prestigio, denominada Advanced Grant, concedida por el European Research Council (ERC o Consejo Europeo de Investigación).
Hace décadas el físico italiano Ettore Majorana propuso que neutrino y antineutrino podrían ser la misma partícula, de manera que en el universo primigenio el neutrino de Majorana se desintegraría a materia y antimateria, un fenómeno en el que podría haber cierta asimetría, inyectando en el universo “un exceso de materia con respecto a la antimateria”.
Para probar si esto es así, los científicos españoles han pensado en un experimento que consiste en “detectar una desintegración muy rara en el xenón por la cual un átomo de este este gas produciendo un átomo de bario y dos electrones”. En teoría, en este proceso deberían emitirse neutrinos, pero al comportarse como materia y antimateria se desintegrarían antes de que ocurriera.
A la hora de observar este fenómeno existen algunos problemas. Los científicos estiman que la vida media de esta desintegración sería mucho mayor que la vida del universo, pero la materia está formada por muchísimos átomos y es factible que con la cantidad de xenón adecuada uno de ellos se desintegre a bario. La clave está en conseguir la tecnología adecuada para detectar dicha desintegración y ahí es donde entran en juego dos de las llamadas infraestructuras científico-técnicas singulares (ICTS) de España: el Laboratorio Subterráneo de Canfranc, ubicado en el Pirineo de Huesca, y el Centro de Láseres Pulsados de Salamanca.
Las instalaciones de Canfranc protegerán el experimento de los rayos cósmicos. Si no fuera así, la excepcional desintegración que buscan los investigadores quedaría “enterrada por un ruido gigantesco proveniente de las desintegraciones radiactivas naturales de todos los elementos que nos rodean”, pero gracias al blindaje se abre esta posibilidad.
El papel del CLPU
Por otra parte, hallar el átomo de bario resultante del experimento sólo será posible si se ilumina con un láser específico de la longitud de onda apropiada. Para desarrollar ese láser, “el CLPU tiene la experiencia y el conocimiento del manejo de láseres y de la tecnología necesaria para identificar ese átomo”, asegura Gómez Cadenas. El investigador del IFIC se puso en contacto con el Centro de Láseres a través de otro científico español que cuenta con una Advanced Grant, Pablo Artal, experto en láseres aplicados a la retina que trabaja en el Laboratorio de Óptica de la Universidad de Murcia, quien le recomendó contactar con los expertos de Salamanca.
Álvaro Peralta, jefe del área científica del CLPU, explica que existe una unidad del centro destinada a la creación de láseres ad hoc. “Vamos a construir uno con las características específicas de este experimento y teniendo en cuenta que tendrá que instalarse en un laboratorio subterráneo”, señala.
Sin embargo, la primera ronda de experimentos se realizará en Salamanca. En la actualidad, se está construyendo en Valencia una cámara que albergará gas xenón y pretende convertirse en un primer detector. En pocas semanas, se instalará en el CLPU para llevar a cabo las demostraciones iniciales.
El investigador del IFIC cree que para el año 2020 se podría producir el descubrimiento, pero si no se consigue, “habría que seguir construyendo un detector más grande con técnicas más sofisticadas”, ya que NEXT, más que un experimento concreto, es todo un programa de investigación. En realidad, consiste en “explorar un territorio” y eso puede llevar décadas. El ejemplo paradigmático es el bosón de Higgs: “Ha habido suerte al encontrarlo pronto porque está en la región de masas a la que se tenía acceso, pero podría haber ocurrido dentro de 20 años”, asegura.
Otra posibilidad es que el proyecto demostrase justo lo contrario de lo que en un principio pretende: que el neutrino no es su propia antipartícula. Para la ciencia, este hallazgo sería igualmente relevante y abriría una gran interrogante, ya que en este momento no existen otras partículas candidatas a ser las responsables de la existencia de la materia. De hecho, el director del CLPU, Luis Roso, opina que el neutrino no es una partícula de Majorana y mantiene una apuesta con Juan José Gómez Cadenas al respecto.
Digno de un Nobel
En cualquier caso, si el proyecto sale adelante y demuestra cualquiera de las dos posibilidades, será un enorme avance científico que pondrá a la ciencia española en el primer plano internacional. En ese sentido, el experto del IFIC defiende el potencial de la investigación en España frente al “complejo nacional” a la hora de declararse ambicioso científicamente. “No somos más tontos ni tenemos menos recursos. Si en Estados Unidos dices que quieres hacer un descubrimiento que te dé el premio Nobel, a nadie le extraña”, asegura.
Por otra parte, la tecnología que se va a desarrollar a través de este proyecto puede tener en un futuro aplicaciones aún insospechadas. “Si podemos detectar un átomo de bario en el interior de una cámara, también podríamos pensar en la detección de trazas, un aspecto muy importante en campos como la seguridad o la biotecnología”, apunta Álvaro Peralta. “Estamos al borde tanto de la ciencia como de la tecnología y vamos a tener que crear muchas cosas de cero”, agrega.
“Aspiramos a desarrollar un programa de investigación puntero que tenga una extensión de décadas y que elevará a niveles internacionales nuestros centros de investigación”, comenta Gómez Cadenas. En este sentido, el CLPU podría convertirse en un socio indispensable para el desarrollo de importantes proyectos relacionados con la física de partículas que pueden dar lugar a nuevos campos de la ciencia, siempre marcados por la interdisciplinariedad.