El Fermilab aspira a contar con Brasil en un megaexperimento sobre neutrinos

El principal laboratorio de física de partículas de Estados Unidos pretende medir las propiedades y detectar las interacciones con la materia de estas partículas elementales

Por Elton Alisson  |  Agência FAPESP – La científica argentina Marcela Carena divide su tiempo entre su investigación en el Fermilab, el principal laboratorio de Física de partículas de Estados Unidos, con sede en Batavia, en los alrededores de Chicago, donde es jefa del departamento de Física Teórica, y desempeñar su rol como una especie de embajadora de este centro de investigación administrado por el Departamento de Energía de Estados Unidos.

A finales de noviembre de 2015, la investigadora aceptó la invitación del director del Fermilab, Nigel Lockyer, para ser la primera ocupante del cargo de directora de relaciones internacionales de la institución. Una de las misiones de Carena consistirá en facilitar acuerdos entre el laboratorio y los organismos de fomento de la investigación científica del mundo y conseguir socios para el Deep Underground Neutrino Experiment (Dune).

El Dune, un megaproyecto científico milmillonario que apunta a descubrir nuevas propiedades de los neutrinos –partículas elementales fugaces casi desprovistas de masa que viajan a una velocidad muy cercana a la de la luz–, contempla la construcción de una fuente subterránea de luz emisora de un haz de neutrinos en el Fermilab.

Los neutrinos creados por la fuente subterránea de luz viajarán a 1.300 kilómetros en línea recta a través del manto de la Tierra, y serán interceptados por dos detectores: uno ubicado a 600 metros de profundidad, localizado en el propio Fermilab, y otro más grande, situado a 1,47 kilómetros de profundidad que se encuentra en el Sanford Lab, un laboratorio subterráneo con sede en Dakota del Sur.

Durante esa larga travesía de los neutrinos, los físicos participantes en el proyecto pretenden medir propiedades de esas partículas que se encuentran entre las más abundantes del Universo –detrás únicamente de los fotones– y que son capaces de atravesar materiales densos como el suelo y las rocas sin interactuar con ningún átomo: no dejan ningún rastro de su paso. Por eso se las denomina “partículas fantasmas”.

Con el proyecto Dune se aspira a observar algunas de las rarísimas interacciones de los neutrinos con la materia y registrar señales de partículas detectables que pueden surgir a partir de las inusuales colisiones de neutrinos con átomos.

De esta forma, se espera hacer descubrimientos que podrían transformar la comprensión sobre el origen y la evolución del Universo y contestar preguntas tales como por qué el Universo tiene más materia que antimateria.

“El proyecto Dune representa un nuevo modelo de experimento para el Fermilab”, declaró Carena a Agência FAPESP en su paso por São Paulo a comienzos del pasado mes de febrero, para presentar un seminario sobre Física de Altas Energías en el Instituto Sudamericano para la Investigación Fundamental (ICTP-SAIFR), con sede en el Instituto de Física Teórica de la Universidade Estadual Paulista (IF-Unesp).

La investigadora también participó en una reunión con directivos de la FAPESP el día 4 de febrero.

“Hasta ahora el Fermilab ha realizado experimentos en los cuales a los socios internacionales se los invitó al final del proyecto, cuando el acelerador de partículas y el detector estaban construidos, por ejemplo. En el Dune, la comunidad internacional se está uniendo para diseñar el experimento desde el comienzo. Es un proyecto internacional como el LHC [el Gran Colisionador de Hadrones de la Organización Europea para la Investigación Nuclear (CERN), con sede en Suiza]”, comparó la investigadora, quien también es docente del Departamento de Física de la University of Chicago.

Una inversión milmillonaria

El Dune, el primer proyecto de megaciencia en Física que Estados Unidos se dispuso a concretar en su propio suelo, recibirá inversiones por un valor de 1.500 millones dólares, sólo contando las que destina ese país norteamericano.

Para cerrar el presupuesto total, que el Fermilab no revela, será necesario contar con socios internacionales como Brasil, que posee con un extenso historial de relaciones científicas con el Fermilab, subrayó Carena.

El país sudamericano se ubica en el sexto lugar en cuanto a su participación en la comunidad de usuarios del Fermilab –detrás únicamente de Estados Unidos, el Reino Unido, Italia, la India y Alemania, y al frente de Rusia, Suiza, Japón y Canadá–, que congrega a 73 científicos de 14 instituciones.

Algunos de los investigadores se desempeñan en instituciones del estado de São Paulo tales como la Universidad de Campinas (Unicamp) y la Universidad Federal del ABC (UFABC), y están trabajando en experimentos destinados a desarrollar haces de neutrinos y de partículas cargadas eléctricamente, que constituyen una plataforma de desarrollo de ideas para el Dune.

“Brasil es el país de Latinoamérica cuya conexión con el Fermilab es más fuerte”, afirmó Carena. “Aspiramos a mantener y fortalecer este vínculo de colaboración en Física de neutrinos a través de experimentos como el Dune”, subrayó.

A su juicio, una de las posibles formas de colaboración de Brasil en el Dune podría ser en la construcción de partes de detectores como el principal, que se instalará en el Sanford Lab y que estará compuesto por cuatro módulos criogénicos con argón líquido y una masa total de 70 mil toneladas.

“La idea es ver con la comunidad de Física de neutrinos de Brasil qué tipos de desarrollos tecnológicos pueden hacerse acá, en colaboración con industrias brasileñas, para los detectores que se emplearán en el Dune”, afirmó.

Hasta este momento, más de 800 investigadores de 145 instituciones de investigación científica de 26 países suscribieron la propuesta de adhesión al Dune.

La meta del Fermilab es que el CERN participe en el proyecto y ayude a construir el primero de los cuatro módulos criogénicos del detector de neutrinos.

El laboratorio estadounidense participa en la colaboración Compact Muon Solenoid (CMS), del LHC –que también está integrada por físicos brasileños– que en julio de 2012 anunció simultáneamente con la colaboración Atlas que se había detectado el bosón de Higgs.

“La colaboración CMS, en la cual toman parte científicos de 182 instituciones de 42 países, constituye un ejemplo sumamente interesante de modelo de gobernanza basado en colaboraciones informales, sin una base jurídica ni una estructura muy rígida, y que funciona muy bien”, sostuvo Carena. “Quizá eso pueda implementarse en el Dune”, estimó.