Este recorrido científico comienza en el interior de un laboratorio subterráneo en el que tratan de dar caza a la materia oscura del cosmos
Carlos Peña Garay es físico teórico y es el director del Laboratorio Subterráneo de Canfranc (LSC), uno de esos centros de investigación que parece que solo existen en los cómic de Batman, el es quien nos guía en el viaje.
El LSC es un espacio de 1.600 metros cuadrados dentro de una montaña del pirineo aragonés, un laboratorio que aprovecha lo que fue el túnel de ferrocarril de Canfranc, La mole de roca que lo cubre neutraliza los rayos cósmicos (ni que decir del ruido de los niños o el efecto del sol) y, así, aislados de todo lo conocido, es posible hacer experimentos para detectar lo desconocido.
En el LSC tratan de cazar materia oscura o detectar las partículas que expliquen cómo se originó el universo.
Estudiar un virus es como mirar elefantes si lo comparas con un neutrino
Seguramente en este laboratorio trabajan los científicos más incomprendidos de España, porque destripan bajo tierra partículas que no se ven, ni se tocan, ni se huelen, y es posible que ni existan. Estudiar un virus es como mirar elefantes si lo comparas con un neutrino.
En estos días de aislamiento, el LSC ha seguido activo, y con un nuevo plan en marcha que servirá de ayuda en la crisis sanitaria que ha provocado el coronavirus. Pero, antes, comencemos por el momento cero, el principio de todas las cosas, veamos cómo pudo ser el origen del universo.
Carlos Peña Garay es quien nos ha contado este cuento:
Érase una vez, el universo
Los físicos teóricos les hemos contado un cuento a los físicos experimentales y ellos han desarrollado técnicas para ver si el cuento es cierto. La hipótesis que planteamos, y este es el cuento, es que en algunos núcleos debería ocurrir una rareza cuando se desintegran…
Es muy común la desintegración débil, que produce un único electrón y un neutrino. Y el cuento que hemos planteado es que algunos núcleos, raramente, al desintegrarse producen dos electrones sin generar neutrinos.
Esto no se ha observado nunca pero, si se observara, si fuera así, podría acercarnos a explicar el origen de todo lo que existe.
Avancemos. Hay que llegar al neutrino
Y bien, los núcleos de algunos átomos cuando no están en una configuración absolutamente estable emiten, además de luz, neutrinos.
Siempre que se genera una partícula, la naturaleza permite crear su antipartícula, es decir, su partícula espejo. Son exactamente iguales pero con cargas contrarias. Cuando surgen, se atraen, se aniquilan, desaparece toda su masa y se convierten en dos rayos de luz.
Y la pregunta es, si toda partícula creada se destruye con su antipartícula, ¿cómo se las ha arreglado el universo para existir?
Esto ocurre así en los fenómenos observados en la naturaleza, y también en laboratorio: materia y antimateria se comportan siempre así.
Y la pregunta es, si toda partícula creada se destruye con su antipartícula, ¿cómo se las ha arreglado el universo para existir?
Tenemos una buena historia para explicarlo, y es que al principio del universo los neutrinos fueron los responsables de que el equilibrio materia-antimateria se rompiera. Surgió mucha materia y mucha antimateria, y la partículas se destruyeron entre sí, pero una pequeña asimetría gracias a los neutrinos permitió un pequeño exceso de materia. Si no fuera así, seríamos lo que es mayoritariamente el universo, todo luz.
Cada mil millones de partículas de luz hay aproximadamente una de materia. Aquí en la Tierra estamos en una zona de concentración de materia. Pero si uno coge todo el universo, lo que domina es la luz. Los neutrinos han hecho que haya algo más que luz (pero esto sigue siendo, de momento, solo un cuento).
Nosotros somos la materia sobrante
Para que este cuento sea real, para que hubiera ese desequilibrio, tiene que haber algunos núcleos especiales que al desintegrarse produzcan dos electrones sin neutrinos, del mismo modo que producen dos electrones con dos neutrinos. Uno de esos neutrinos gemelo y excepcional no tendría su antimateria equivalente con la que autodestruirse. Eso generaría el desequilibrio.
Así que buscamos un experimento que muestre que existe esta desintegración donde algunos núcleos especiales emiten solo dos electrones. Uno de los experimentos en marcha liderado por el español Juan José Gómez Cadenas y el estadounidense David Nygren está entre las tres técnicas europeas más prometedoras, recientemente seleccionadas para demostrarlo.
En busca de la naturaleza de la materia oscura del universo
Además, en el universo nos falta materia… Hay al menos cinco veces más materia en el universo de la que podemos observar. No sabemos lo que es, pero sabemos que existe porque la vemos por gravedad.
La prueba de la existencia de la materia oscura
El famoso “cúmulo bala“ es la prueba más clara que tienen los científicos sobre la existencia de la materia oscura. En realidad es el resultado del choque frontal de dos cúmulos de galaxias que se atravesaron el uno al otro. El color rosa/violeta de la foto que ilustra este reportaje es el gas caliente que las galaxias dejaron tras de si en la colisión y el azul es la supuesta distribución de materia oscura que las acompaña.
Vemos indirectamente que la materia oscura existe porque hay más atracción gravitatoria el en universo, más de lo esperado si solo existiera la materia que vemos por la luz. Así que en el LSC también diseñamos experimentos esperando que las partículas de materia oscura dejen una señal sobre nuestros detectores, que son ultrasensibles.
El experimento ANAIS lleva dos años recogiendo datos para tratar de refutar un experimento italiano en el que creyeron dar con ellas.
Mediante detectores de ioduro de sodio ultrapuro intentarán confirmar una señal registrada por otro laboratorio italiano de partículas de materia oscura
Usamos una tonelada de argón líquido como medio de detección de partículas de materia oscura
Tenemos otro experimento en marcha junto a otros laboratorios del mundo para detectarla y, para éste, utilizamos argón líquido. El consorcio se llama Global Argon Dark Matter Collaboration. Para este experimento usamos una tonelada de argón líquido como medio de detección. La idea es que la materia oscura puede chocar con el argón, el argón emitiría luz y electrones, que nos permitirían saber que su origen es el de esas partículas inexplicables que forman la Materia oscura.
Y así llegamos a la crisis sanitaria provocada por COVID-19
El investigador principal de la Global Argon Dark Matter Collaboration es de Milán, y cuando vivió la crisis del coronavirus propuso poner nuestro trabajo a disposición de buscar soluciones contra la pandemia. Somos expertos en el manejo de argón, un gas con propiedades muy parecidas al aire. Así que propusimos utilizar nuestros conocimientos en esta tecnología para desarrollar respiradores, ventiladores autónomos que pudieran servir en las UCI de los hospitales.
150 científicos e ingenieros, trabajamos para hacer un respirador de alta gama y barato para las UCI
Se planteó desde el primer momento un consorcio internacional, el consorcio Ventilador Mecánico de Milán (MVM) junto con Italia, Canadá, Francia y EE.UU. Los cinco países contando con España, con más de 150 científicos e ingenieros, trabajamos para hacer un respirador que no solo resuelva el problema puntual, sino para que pueda usarse en hospitales de todo el mundo en el futuro. Hemos diseñado los respiradores más evolucionados a un precio reducido. Un respirador de alta gama cuesta aproximadamente treinta mil euros, mientras que nuestro modelo puede construirse por 1000 euros y con licencia abierta. Acaba de obtener el permiso de uso en casos de emergencia por la agencia estadounidense FDA. Así, de la investigación más avanzada en materia oscura, nos llegan respiradores de calidad y de bajo coste para los hospitales, y estos salvan vidas, en tiempos de coronavirus más que nunca.
Centros de investigación que participan en este trabajo
El Centro de Investigaciones Energéticas, Medioambientales y Tecnológicas (CIEMAT) coordina la participación española en el consorcio (MVM) para el que ha contado con el Laboratorio Subterráneo de Canfranc, el Centro de Astropartículas y Física de Altas Energías (CAPA, Universidad de Zaragoza), la Universidad Politécnica de Madrid, el Instituto de Investigación Sanitaria de Aragón, la Fundación Aragón para la Investigación y el Desarrollo (ARAID), la Universidad Católica de Valencia, así como médicos de Eliance Helicopters, del Servicio de UCI del Hospital General San Jorge (Huesca) y del Servicio de Neumología de la Fundación Jiménez Díaz (Madrid).
