El Jap¨® estudia l¡¯origen de l¡¯univers sota una muntanya

Per respondre preguntes essencials com per qu¨¨ existim o com ¨¦s la naturalesa de l'univers, fa temps que no basten les ments privilegiades d'un grapat de fil¨°sofs. En l'actualitat, algunes de les m¨¤quines m¨¦s sofisticades que s'han constru?t es dediquen a recaptar informaci¨® per poder contestar aquestes q¨¹estions profundes amb una mica m¨¦s que especulacions. El m¨¦s fam¨®s d'aquests artefactes ¨¦s el Gran Col¡¤lisionador d'Hadrons del CERN, l'accelerador de part¨ªcules de 6.000 milions d'euros constru?t al costat de Ginebra (Su?ssa) que va capturar el bos¨® de Higgs, per¨° n'hi ha d'altres amb objectius igual d'ambiciosos.

Des de fa m¨¦s de dues d¨¨cades, els neutrins es van convertir en els missatgers peculiars?triats pel Jap¨® per obtenir informaci¨® sobre alguns dels enigmes m¨¦s grans del cosmos. Aquestes part¨ªcules no tenen c¨¤rrega el¨¨ctrica i interactuen tan poc amb la resta de la mat¨¨ria que podrien travessar un bloc de plom de m¨¦s d'un any llum de grossor. Amb aquestes caracter¨ªstiques s¨®n capaces de viatjar grans dist¨¤ncies sense veure's afectades pels camps magn¨¨tics gal¨¤ctics que desvien a altres part¨ªcules carregades com les que componen els rajos c¨°smics. Per aix¨° ¨¦s m¨¦s f¨¤cil determinar-ne l'origen i ja es consideren una eina ¨²til per estudiar monstres espacials com les supernoves o els forats negres. Per¨° aquesta ¨¦s nom¨¦s una de les possibilitats que ofereixen els neutrins, uns fantasmes subat¨°mics que des de fa d¨¨cades han proporcionat resultats sorprenents.

A principis dels vuitanta, a la mina de Kamioka, a un quil¨°metre sota Terra, es va construir l'Observatori Subterrani de Kamioka. El primer gran experiment que s'hi va instal¡¤lar no buscava neutrins. Protegit per metres de roca que filtren els rajos c¨°smics que constantment bombardegen la Terra i provoquen interfer¨¨ncies en els detectors m¨¦s sensibles, aquesta construcci¨® buscava observar alguna cosa mai vista: la desintegraci¨® d'un prot¨®, una de les part¨ªcules fonamentals que componen tota la mat¨¨ria que ens envolta. La mat¨¨ria ¨¦s estable, en part, perqu¨¨ els protons s¨®n estables, per¨° es creu que aix¨° no ha estat aix¨ª sempre. Observar un prot¨® desintegrant-se seria com viatjar a un temps molt antic, quan l'univers encara estava molt calent, i seria la prova que, a molt altes energies, les tres interaccions fonamentals que ara es coneixen (nuclear feble, responsable de la radioactivitat, nuclear fort, que mant¨¦ els nuclis at¨°mics units, i electromagn¨¨tica) serien una sola.

Hyper Kamiokande intentar¨¤ observar la desintegraci¨® del prot¨®, un fenomen mai vist

La tasca no era senzilla. Un prot¨® t¨¦ una vida mitjana m¨¦s llarga de 10³⁴ anys i posar-se a vigilar-ne un, esperant que es desintegri, era una tasca demencial. Per incrementar la probabilitat de capturar aquest estrany fenomen sense haver d'esperar fins a la fi dels temps, era necessari reunir una quantitat ingent de protons. La forma m¨¦s f¨¤cil i barata d'aconseguir-ho era construir un gran tanc d'aigua, que, com tota la mat¨¨ria, est¨¤ composta per un munt de protons, i col¡¤locar al voltant detectors de llum que poguessin recollir la desintegraci¨®. Aquest projecte va ser batejat com KamiokaNDE.

El filtre de roca que cobria la mina de Kamioka va protegir l'experiment dels rajos c¨°smics, per¨° no tenia res a fer davant dels neutrins fantasmag¨°rics, i aquestes part¨ªcules imparables es van colar a KamiokaNDE. Tanmateix, en lloc de malmetre'n els resultats, els van donar un nou sentit. El projecte mai no va aconseguir detectar la desintegraci¨® d'un prot¨®, per¨° va obtenir un resultat fascinant. ¡°El 1987, es va produir una supernova al N¨²vol de Magallanes, una gal¨¤xia ve?na a la nostra relativament propera a la Terra¡±, explica Luis Labarga, director del departament de f¨ªsica te¨°rica de la UAM i especialista en neutrins. ¡°Els detectors de KamiokaNDE van observar un flux de neutrins clarament fora del normal i quan van analitzar la proced¨¨ncia d'aquestes part¨ªcules entrants van veure que arribaven des del N¨²vol de Magallanes, on s'havia vist la supernova¡±, continua Labarga.

Fins fa molt poc, aquells havien estat els primers neutrins originats fora del Sistema Solar observats a la Terra. Va ser el descobriment d'una nova eina per estudiar alguns dels fenomens m¨¦s violents de l'univers i per aquesta troballa Masatoshi Koshiba, director dels experiments a Kamioka, va rebre el Nobel de F¨ªsica el 2002.

Despr¨¦s d'aquell ¨¨xit, l'aposta japonesa per aquell observatori es va incrementar. Als anys 90 es va construir un nou detector, Super Kamiokande, que intentaria comprovar si els neutrins oscil¡¤len i canvien de sabor quan viatgen a trav¨¦s de l'espai. Aquest fenomen explicaria una discrep¨¤ncia entre els neutrins que es calculava que havien de produir-se al sol i els que arribaven a la Terra i permetria concloure que, enfront del que es pensava fins llavors, els neutrins tenen massa. Per dur a terme aquest experiment, es va construir un tanc descomunal, de 45 metres de di¨¤metre per 45 metres d'altura, que es va omplir amb 50.000 tones d'aigua pura. Com en el cas anterior, Super Kamiokande va complir el seu objectiu i ara se sap que els neutrins tenen massa, un altre triomf que podria arribar a mer¨¨ixer un Nobel.

A final de gener, s'ha anunciat un nou repte per a la f¨ªsica de part¨ªcules. Un grup internacional de cient¨ªfics de 13 pa?sos, entre els quals es troba Luis Labarga com a l¨ªder del projecte a Espanya, vol engegar Hyper Kamiokande. Aquest projecte, que t¨¦ un pressupost estimat aproximat de 800 milions de d¨°lars, suposa construir un observatori 20 vegades m¨¦s gran que Super Kamiokande, amb un mili¨® de tones d'aigua. Al voltant, s'hi col¡¤locaran 100.000 receptors de llum ultrasensibles, un 50% m¨¦s que els de l'observatori anterior. Tota aquesta tecnologia servir¨¤, en part, per tornar a intentar un assoliment que no ser¨¤ possible fa gaireb¨¦ tres d¨¨cades: detectar la desintegraci¨® d'un prot¨®.

"M¨¦s important que el higgs"

¡°La comunitat cient¨ªfica s'ha oblidat una mica de la desintegraci¨® del prot¨®, per¨° en el moment en qu¨¨ es descobreixi, es revolucionar¨¤ la f¨ªsica perqu¨¨ aix¨° significaria que a altes energies s'unifiquen totes les forces¡±, planteja Labarga. ¡°El que es recull en el Model Est¨¤ndard [el marc que serveix m¨¦s b¨¦ per explicar el funcionament de la mat¨¨ria fins ara] ¨¦s una degeneraci¨® d'una interacci¨® fonamental a alta energia¡±, afegeix. ¡°L'observaci¨® de la desintegraci¨® del prot¨® seria m¨¦s important que l'observaci¨® del bos¨® de Higgs¡±, suggereix. A m¨¦s de permetre fer un cop d'ull a l'univers a l'origen, aquesta observaci¨® oferir¨¤ una idea sobre com ser¨¤ el seu final. Amb els maons b¨¤sics que componen la mat¨¨ria desintegrant-se en positrons i rajos gamma, la radiaci¨® acabaria fent-se amb el cosmos.

Observar un prot¨® desintegrant-se seria com viatjar a un temps molt antic, quan l'univers encara estava molt calent

Aquest ep¨ªleg radioactiu seria, d'alguna manera, el final diferit d'alguna cosa que podria haver passat molt abans. Segons les teories f¨ªsiques m¨¦s acceptades, despr¨¦s del Big Bang es va crear una quantitat id¨¨ntica de mat¨¨ria i d'antimat¨¨ria. Cada vegada que una part¨ªcula d'un b¨¤ndol entrava en contacte amb una de l'altre, totes dues es desintegraven en un gran esclat que nom¨¦s deixava radiaci¨® darrere seu . No obstant aix¨°, com a resulta evident avui, en els primers instants d'exist¨¨ncia de l'univers, es va produir un petit desequilibri que va acabar donant una vict¨°ria gaireb¨¦ absoluta a la mat¨¨ria.

Una de les maneres en qu¨¨ es pot estudiar el trencament d'aquest equilibri, conegut com CP, ¨¦s mesurant aspectes molt precisos de les oscil¡¤lacions dels neutrins. Per detectar aquestes interaccions, es llan?aria un raig d'aquestes part¨ªcules d'alta intensitat des de l'accelerador J-PARC, a 300 quil¨°metres de dist¨¤ncia de Kamioka, que s'analitzaria a la seva arribada al detector gegant d'Hyper Kamiokande. ¡°Aquesta violaci¨® de CP ¨¦s essencial per entendre l'asimetria que avui veiem que existeix entre mat¨¨ria i antimat¨¨ria¡±, apunta Labarga.

Per aspirar a resoldre aquests enigmes, els cient¨ªfics japonesos i els de la resta de pa?sos implicats en el projecte hauran d'utilitzar tots els seus encants per conv¨¨ncer als seus governs que la recerca mereix els centenars de milions que volen reunir. El 31 de desembre passat, a la ciutat de Kashiwa, es va produir la primera reuni¨® per comen?ar amb la feina, que es perllongar¨¤ durant els propers tres anys. Si tenen ¨¨xit, el 2025 Hyper Kamiokande podr¨¤ comen?ar a recaptar informaci¨® amb la qual entendre una mica millor l'univers en qu¨¨ vivim.