Junto al Dr. César Castromonte, conozcamos el proyecto DUNE, un esfuerzo global por acercarnos a conocer el origen de la materia observable en el universo.
Hace 13 mil 800 millones de años, el Big Bang dio origen a nuestro universo.
Según la física moderna, materia y antimateria surgieron en iguales cantidades; sin embargo, el universo que conocemos está compuesto principalmente por materia. ¿Qué ocurrió con la antimateria?
Todo parece indicar que algo produjo un desbalance en los primeros instantes posteriores al Big Bang y permitió que una infinitésima parte de la materia creada subsistiese y que la antimateria desapareciese. No sabemos qué fue ese algo, pero experimentar y entender a una extraña partícula podría darnos una luz para resolver esa interrogante.
NEUTRINOS
El modelo estándar de partículas, el conjunto de teorías que explica con precisión casi todos los fenómenos conocidos por la física hasta ahora, no logra explicar ciertos comportamientos de los neutrinos, las partículas elementales más abundantes en el universo después de los fotones.
Explorar esta grieta en el modelo podría servir para ampliarlo, e incluso intentar explicar por qué sólo observamos materia en el universo (asunto al que volveremos hacia el final del artículo).
Uno de los esfuerzos más importantes en dicha dirección es DUNE (siglas de Deep Underground Neutrino Experiment, o Experimento de Neutrinos Subterráneo Profundo), un ambicioso proyecto en el que participa el Dr. César Castromonte, egresado y docente de la Facultad de Ciencias de la Universidad Nacional de Ingeniería.
“Sabemos muy poco sobre los neutrinos. Nos encontramos literalmente en las fronteras del conocimiento”, nos cuenta el profesor Castromonte. “Se trata de partículas sumamente elusivas, difíciles de detectar, inclusive con las mejoras tecnológicas que se han dado desde la época en que estas fueron descubiertas”.
Es por ello que el proyecto DUNE implica la construcción de un potente acelerador de partículas en el laboratorio Fermilab (ubicado en Illinois, Estados Unidos) y gigantescos detectores localizados a un kilómetro y medio bajo tierra, y a mil 300 kilómetros de distancia del laboratorio, en Dakota del Sur. A pesar de situarse en EE. UU. y tener a Fermilab como anfitrión, el proyecto involucra el esfuerzo conjunto de más de mil investigadores procedentes de más de 30 países.
DE LA UNI A DUNE
“Estudié en la Facultad de Ciencias de la UNI entre 1996 y el 2001. Cuando terminé la carrera postulé a dos instituciones para continuar los estudios de posgrado”, recuerda el Dr. Castromonte al ser consultado sobre el camino que lo llevó a participar en uno de los proyectos líderes en su área de estudio (los otros grandes proyectos son los experimentos JUNO en China y Hyper-K en Japón).
“Cuando terminaba el pregrado, el internet recién comenzaba a expandirse y la información disponible sobre becas era reducida. Llegué a conocer sobre dos oportunidades, en México y Brasil, gracias a profesores que me orientaron oportunamente”.
“Luego de contactar a estas instituciones, rendí los exámenes desde la UNI. Aprobé ambos y decidí ir al Centro Brasileiro de Pesquisas Físicas (CBPF), ubicado en la ciudad de Río de Janeiro”.
Así, el profesor Castromonte pudo desarrollarse en el área de investigación que había escogido desde el pregrado, la física de partículas. “Me fui teniendo muy claro lo que quería hacer”, enfatiza.
“La física de partículas trata de entender la naturaleza a nivel fundamental. Es algo que aún no conocemos. El modelo estándar de partículas nos permite describir bastante bien nuestra naturaleza, pero la figura no está completa.
Tomar ese camino significaba trabajar en la frontera del conocimiento. Me emocionaba mucho y de hecho, fue una de mis principales motivaciones”.
Luego de llevar los cursos básicos de la maestría, la parte experimental de sus estudios de posgrado la realizó en Fermilab, y desde el momento sigue vinculado a la institución.
“Trabajar allí fue una consecuencia natural, pues para empezar, no hay muchos laboratorios en el mundo donde se pueda realizar este tipo de investigación, y segundo, el CBPF ya venía colaborando desde hacía mucho tiempo con el laboratorio. A pesar de que el papel decía que era un estudiante de posgrado, en la cancha era considerado un investigador más, lo cual motiva muchísimo cuando uno es estudiante”.
PARTÍCULAS Y ANTIPARTÍCULAS
Cuando una partícula y una antipartícula se encuentran (por ejemplo, un protón y un antiprotón) ocurre el fenómeno llamado aniquilamiento partícula – antipartícula, en el que la masa de ambas se transforma en energía, desapareciendo en el proceso.
Este fenómeno, perfectamente descrito por el modelo estándar, no explica satisfactoriamente los instantes posteriores al Big Bang: qué ocasionó el desbalance entre materia y antimateria que permitió un universo hecho de materia, nuestra existencia, en lugar de un inconmensurable despliegue de energía sin masa.
Estudiar a los neutrinos y antineutrinos podría ampliar el modelo estándar y completar este vacío en nuestro conocimiento sobre el origen del universo porque, a diferencia del resto de pares partícula – antipartícula, muchas de sus características y comportamientos no son explicados por el modelo; es decir, estamos ante una nueva y distinta veta de información.
LOS NEUTRINOS OSCILAN
Las oscilaciones de neutrinos son un fenómeno predicho en 1957 y observado en muchos experimentos, en una variedad de contextos desde entonces.
“Imagina a alguien saliendo de la Facultad de Ciencias en dirección al Pabellón Central vistiendo un polo rojo. Un tiempo después, a la altura de la Biblioteca Central, esta misma persona es observada vistiendo un polo azul. Luego, a la altura del Comedor, es vista usando un polo verde, y casi llegando al Pabellón Central, nuevamente es vista usando un polo rojo. Es decir, se observa que la persona cambia de polo hasta volver a usar el polo inicial (oscila) conforme avanza.”
“En el argot técnico, se dice que es el sabor leptónico de los neutrinos lo que oscila, este es un comportamiento extrañísimo que el modelo estándar no explica”, señala el profesor Castromonte.
El acelerador de partículas de DUNE disparará neutrinos y antineutrinos hacia el detector (a 1300 km. de distancia). Durante su recorrido cambiarán constantemente de sabores leptónicos hasta ser observados.
Una de las hipótesis manejadas en DUNE es que neutrinos y antineutrinos oscilan de manera distinta. Usando los detectores de alta precisión de DUNE, los científicos compararán las tasas de oscilación de ambos. Si encuentran una diferencia en las tasas de oscilación, eso podría explicar el desequilibrio entre la materia y la antimateria que finalmente condujo a nuestra existencia.
Tal vez sea una hipótesis errada, pues sabemos muy poco sobre los neutrinos (incluso también se considera probable que neutrinos y antineutrinos sean la misma partícula). Sin embargo, cualquiera sea la información que resulte de DUNE, aunque sea distinta a la buscada, es igualmente valiosa y nos acerca a las respuestas, de eso se trata la ciencia.
Artículo de divulgación científica elaborado gracias al apoyo del Programa de Responsabilidad Social Universitaria (RSU-UNI) a través de su eje de apoyo a la investigación.
Excelente trabajo el de divulgar las labores, logros e identidades de los miembros mas destacados de la comunidad UNI. Muy bien redactado.
Gracias Leonardo