El gran experimento japonés que puede confirmar el final del Universo
Aprueban la construcción del Hyper-Kamiokande, el detector de neutrinos más grande del mundo. Entre sus objetivos, observar por primera vez la desintegración de un protón, una revolución para la Física
Científicos españoles participan en el proyecto
Japón ha dado luz verde a la construcción del Hyper-Kamiokande (HK o Hyper-K), el detector de neutrinos
más grande del mundo, que intentará dilucidar algunos de los grandes
misterios del universo. Entre sus objetivos más ambiciosos, descubrir el
motivo por el que la materia ganó a la antimateria tras el Big Bang
permitiendo nuestra existencia. Y otro quizás aún más alucinante: la descomposición del protón propuesta por la teoría de la Gran Unificación. Se
trata de un fenómeno extremadamente raro que nunca se ha observado y
que, si es que sucede, pondría patas arribas lo que creemos saber sobre
las leyes de la física.
Hyper-K se construirá dentro de una
gigantesca caverna junto a la mina Kamioka de la ciudad de Hida, unos
trabajos que costarán cerca de 600 millones de euros. El presupuesto
para el primer año contempla 30 millones y las operaciones comenzarán en
2027. El detector contendrá 260.000 toneladas de agua ultrapura, más de
cinco veces la cantidad albergada por su predecesor, el Super-Kamiokande.
Japón proporcionará aproximadamente el 75% de los fondos totales del
proyecto y el resto será cubierto por sus socios internacionales. España
estudia convertirse en uno de ellos. Hace tan solo unos días, el líder
del proyecto, Takaaki Kajita, físico de la Universidad
de Tokio y Premio Nobel de Física 2015 por su co-descubrimiento de las
oscilaciones de neutrinos, se reunió con el ministro de Ciencia, Pedro
Duque, para llegar a acuerdos al respecto.
Participación española
El
nuevo detector japonés «tiene un interés científico imbatible e
indudable», asegura Luis Labarga, responsable de un grupo del
departamento de Física Teórica de la Universidad Autónoma de Madrid
dedicado al desarrollo de las unidades de fotodetección del Hyper-K. Es
el coordinador científico de la participación española en el proyecto,
en el que también se ha involucrado el Laboratorio Subterráneo de
Canfranc (LSC), donde se desarrollan varios experimentos sobre
neutrinos. «España debería ser uno de los socios del detector. Sería un
gravísimo error quedarnos fuera», asegura el investigador.
El
detector consistirá en un tanque en forma de tambor de 71 metros de
profundidad y 68 metros de ancho, «en el que cabría la catedral de Notre
Dame de París», ilustra Labarga. El tanque de agua estará revestido con
los detectores de alta sensibilidad recientemente desarrollados que
capturarán los débiles destellos emitidos por las partículas cargadas de
alta energía creadas cuando un neutrino colisiona con un átomo en el
agua, causando que una partícula cargada se dispare a alta velocidad.
El misterio de la asimetría
El
enorme tamaño del Hyper-K le permitirá detectar un número sin
precedentes de neutrinos, unas partículas fantasma que apenas
interactúan con la materia, producidos por diversas fuentes, incluidos
los rayos cósmicos, el Sol, las supernovas y también de un acelerador de
partículas que los produce artificialmente. Uno de los aspectos de más
interés es que podrá estudiar
las diferencias en los comportamientos de los neutrinos y sus
contrapartes de antimateria, los antineutrinos. Esta asimetría podría
ayudar a explicar cómo terminamos en un universo lleno de materia y
aparentemente sin rastro de antimateria, uno de los mayores misterios a
los que se enfrenta la Física. No habría átomos, ni estrellas.«Sería un
conocimiento científico fundamental, revolucionario», afirma Labarga. Es
lógico, ya que esa victoria nos permite existir. Si hubiera ganado la
antimateria, no habría más que energía y luz.
Super-K ya ha visto indicios de esta discrepancia, pero tanto Hyper-K como otro gran detector en EE.UU. llamado Deep Underground Neutrino Experiment (DUNE),
que comenzará también a finales de esta década, deberían poder medirlo
con alta precisión: el japonés con agua y DUNE con argón líquido.
El final del universo
Además
de atrapar neutrinos, el detector controlará el agua en busca de la
posible descomposición espontánea de protones en los núcleos atómicos,
lo que, si se observa, sería igualmente un descubrimiento
revolucionario. La estabilidad de la materia, del protón, ha sido
admitida sin reservas por la mayor parte de la comunidad científica. De
hecho, según el modelo estándar actual de la física de partículas, no se
desintegra jamás. Sin embargo, desde finales de los años 70, nuevas
ideas y teorías intentan reemplazar a la existente y conseguir una
teoría unificada de todas las fuerzas fundamentales de la naturaleza. De
acuerdo con esas ideas, el protón (que en realidad no es un partícula
fundamental, sino que esta compuesto de quarks) no sería estable, sino
que tendría una vida media extraordinariamente larga, de más de 10
elevado a 34 años, varios órdenes de magnitud por encima de la vida
actual del Universo. La desintegración, entonces, sería un fenómeno
extremadamente raro, si es que sucede.
«Pensamos que debe ocurrir
y por eso hacemos detectores cada vez más grandes», explica Labarga. En
efecto, debido a que Hyper-K controlará un volumen de agua mucho mayor
que Super-K, tendrá una mejor oportunidad de ver la descomposición de
protones. Si no detecta el fenómeno, el límite de la vida media del
protón aumentará diez veces. «Se trata de un problema científico
fundamental con una solidez teórica indestructible», dice el científico.
Hyper-K «merece la pena solo por la desintegración del protón»,
concluye, al tiempo que asegura que este descubrimiento tendría incluso
«implicaciones filosóficas y teológicas, ya que nos habla del final del
universo».
- https://youtu.be/JFOE3D2z7LM
https://www.abc.es/ciencia/abci-japon-construira-observatorio-para-saber-si-universo-acabara-202002140926_noticia.html?vca=rrss&vmc=abc-es&vso=fb&vli=cm-ciencia
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