Caza de neutrinos en una mina de n¨ªquel

Fraser Duncan est¨¢ esperando junto a la boca de la mina de Creighton, en Sudbury (Canad¨¢) a primera hora de la ma?ana. Hay que darse prisa para no perder el ascensor de los mineros que baja a las galer¨ªas, y antes hay que ponerse todo el equipo id¨¦ntico al de los hombres y mujeres que descienden a arrancar el mineral de n¨ªquel y cobre, incluidos mono de trabajo, casco, linterna, bater¨ªas en el pesado cintur¨®n, botas y gafas de protecci¨®n. Duncan no es minero, sino director del detector del Observatorio de Neutrinos de Sudbury (SNO), un exclusivo y avanzado laboratorio de f¨ªsica de part¨ªculas alojado en una cavidad excavada junto a una de las galer¨ªas de la mina, a 2.070 metros de profundidad.

El detector es una vasija con mil toneladas de agua pesada prestadas al SNO

Aunque subterr¨¢neo, el SNO es un observatorio solar, dicen los cient¨ªficos, que se han parapetado ah¨ª abajo para poder detectar los fantasmag¨®ricos neutrinos que traen informaci¨®n de las reacciones por las que luce la estrella.

La preparaci¨®n para el descenso al SNO empieza en los barracones del exterior de la mina que alojan el centro de operaciones del detector, unido al mismo por 3,8 kil¨®metros de fibra ¨®ptica. Ahora est¨¢ todo en obras debido a la ampliaci¨®n emprendida.

Con el atuendo de minero ya completo y revisado, y tras depositar una chapa individual de identificaci¨®n en los tableros de la entrada de la mina (para controlar en todo momento qu¨¦ personas est¨¢n abajo), se accede al ascensor con los obreros del turno que descienden a las galer¨ªas. La cabina de hierro mal iluminada baja a toda velocidad por el pozo. En el pen¨²ltimo nivel, a 2.070 metros, arranca una galer¨ªa horizontal de un kil¨®metro y medio que hay que recorrer a pie hasta la entrada del SNO. "Trajimos todos los equipos del detector y del laboratorio en piezas que entraran en el ascensor y en las vagonetas de la mina", explica Duncan durante la visita especial para EL PAIS, organizada por el Gobierno canadiense.

Por fin una simple puerta de hierro en la galer¨ªa, sin banderolas ni placas llamativas sino con carteles recordando la obligatoriedad de lavarse las botas antes de entrar para eliminar el polvo de la mina, indica que se ha llegado a uno de los laboratorios de f¨ªsica m¨¢s importantes del mundo. Las operaciones obligatorias para cruzar el umbral hacia ese habit¨¢culo ultralimpio no han acabado: nada m¨¢s entrar hay que quitarse el atuendo de minero y toda la ropa que uno lleva, ducharse con agua, luego ponerse ropa del laboratorio y pasar por una ducha de aire a presi¨®n. La roca est¨¢ caliente a esta profundidad y la presi¨®n es un 25% m¨¢s alta que en la superficie.

"Los neutrinos son las part¨ªculas elementales m¨¢s abundantes del universo, despu¨¦s de los fotones", se?ala el director del detector. ?Entonces, por qu¨¦ este complejo laboratorio subterr¨¢neo? ?De qu¨¦ protegen los f¨ªsicos su detector? Sencillamente porque los neutrinos apenas interaccionan con la materia, y por eso miles de millones de ellos atraviesan constantemente cualquier cosa, incluido el cuerpo humano, sin dejar rastro. Para cazar alguno hay que estar mirando atentamente con equipos especiales un gran volumen de materia transparente con la que muy de vez en cuando interact¨²a un neutrino. "Aqu¨ª detectamos unos doce al d¨ªa", comenta Duncan.

La ubicaci¨®n bajo tierra es esencial porque as¨ª la roca act¨²a como protecci¨®n frente a los rayos c¨®smicos que constantemente bombardean el planeta y que enmascaran la espor¨¢dica y d¨¦bil firma de los neutrinos. SNO, una colaboraci¨®n de Canad¨¢, EE UU y el Reino Unido, no es la ¨²nica trampa de estas part¨ªculas elementales, pero s¨ª la mejor aislada, en comparaci¨®n con otros detectores similares (en Jap¨®n, en EE UU y en Europa), se?ala Duncan. 60.000 toneladas de roca se excavaron en la mina de Creighton para alojar la trampa de neutrinos. Y ahora se est¨¢ ampliando el laboratorio con otras dos salas para otros experimentos; la primera de ellas estar¨¢ lista el pr¨®ximo oto?o.

El coraz¨®n del detector actual, que empez¨® a tomar datos en 1999, es una vasija acr¨ªlica que contiene mil toneladas de agua pesada prestadas al SNO por Atomic Energy of Canad¨¢ Limited. La vasija, de 12 metros de di¨¢metro, est¨¢ sumergida en 7.000 toneladas agua ligera contenida en la cavidad de la roca.

Alrededor de la vasija acr¨ªlica hay 10.000 fotodetectores de 20 cent¨ªmetros de di¨¢metro que ven la luz generada en las interacciones de los neutrinos con el agua pesada. "Cada a?o se estropea el 1% ¨® el 1,5% de estos fotodetectores, pero no podemos entrar a sustituirlos; tendr¨ªan que hacerlo buzos y ser¨ªa extremadamente arriesgado", explica el director del detector.

El control del agua es esencial en el SNO. Richard Ford es responsable del filtrado y control de calidad en una sala excavada en la roca y llena de conductos. No s¨®lo hay que vigilar el agua pesada, sino tambi¨¦n el agua ligera tiene que tener un nivel de pureza alt¨ªsimo. El agua ligera, explica Ford, absorbe los rayos gamma y los neutrones generados en la roca; adem¨¢s, hay que extraer de ella los elementos procedentes de la desintegraci¨®n radiactiva natural, que tambi¨¦n interfieren en el ultrasensible detector de neutrinos.

Pese a todas las medidas de aislamiento, cada d¨ªa se identifican en la sala de control much¨ªsimas se?ales que no son neutrinos. Se registran unas 10.000 desintegraciones radiactivas por cada neutrino cazado. Los datos llegan simult¨¢neamente aqu¨ª y al centro de operaciones en el exterior.

Diana Dragomir est¨¢ de guardia en la sala subterr¨¢nea pendiente de los monitores; siempre hay al menos una persona en el control, y una veintena en total se turnan en Sudbury para operar el complejo. Adem¨¢s, un centenar de cient¨ªficos de varias universidades est¨¢n directamente implicados en los experimentos, y unas cuantas decenas m¨¢s participan en el an¨¢lisis de sus resultados. El coste de funcionamiento anual del SNO es de tres millones de euros al a?o.

Sobre el detector est¨¢ la zona de calibraci¨®n y la caverna que aloja parte de los equipos electr¨®nicos. "Estos son los 10.000 cables de cada uno de los fotodectores", muestra Dundan. "Y de estos tensores cuelga la estructura de la vasija de agua pesada".

En SNO mide el flujo de neutrinos de tres maneras independientes, lo que da una gran solidez a sus resultados: las reacciones de corrientes cargadas, las reacciones de corrientes neutras y la llamada de colisi¨®n con electrones.

Pese a que un laboratorio subterr¨¢neo parece el sitio m¨¢s raro que se pueda elegir para ver el Sol, aqu¨ª precisamente los f¨ªsicos han medido el flujo invisible de neutrinos solares y han solucionado definitivamente una grave incongruencia que mostraban antes los experimentos y que era un serio quebradero de cabeza cient¨ªfico desde hace d¨¦cadas.

El problema era el d¨¦ficit de neutrinos solares: si el Sol funcionaba como los f¨ªsicos cre¨ªan, deber¨ªa producirse una cantidad precisa de neutrinos, pero los detectores en la Tierra ve¨ªan muchos menos. ?D¨®nde estaban los que faltaban? ?O es que los f¨ªsicos no entend¨ªan c¨®mo ard¨ªa el Sol? La respuesta es una teor¨ªa atrevida: existen tres tipos de neutrinos (del electr¨®n, del mu¨®n y del tau) y, aunque los que se producen en las reacciones solares son neutrinos del electr¨®n, bien antes de salir de la estrella o al recorrer los 150 millones de kil¨®metros en su viaje a la Tierra, muchos cambian de identidad y nos llegan convertidos en neutrinos del mu¨®n o del tau.

Como los detectores antes s¨®lo eran sensibles a los del electr¨®n cazaban muchos menos de los debidos ya que el resto, camuflados de neutrinos del muon o del tau, pasaban desapercibidos. Esto se llama oscilaciones de los neutrinos e implica, seg¨²n la teor¨ªa, que estas part¨ªculas elementales tienen masa, aunque sea min¨²scula, en contra de lo que se conjeturaba antes. "El SNO es concluyente sobre la soluci¨®n del problema de los neutrinos solares por la oscilaci¨®n", afirma Duncan.

Desde la superficie avisan, a primera hora de la tarde, que va a subir el ascensor, y todav¨ªa hay que ponerse la ropa de minero y recorrer la galer¨ªa de regreso para salir.

El n¨ªquel de Sudbury esta asociado a las deformaciones geol¨®gicas provocadas por un meteorito que impact¨® hace millones de a?os, creando el gran cr¨¢ter que domina el paisaje. La explotaci¨®n minera, con una contaminaci¨®n intensa y extensa de lluvia ¨¢cida, redujo la regi¨®n a un p¨¢ramo de rocas renegridas y deforestado.

La zona goza hoy de un paisaje arbolado y la mayor¨ªa de los lagos han vuelto a albergar vida, explica JorgeVirchez, ge¨®grafo de la Laurentian University. Las medidas anti-contaminaci¨®n de las empresas mineras y los esfuerzos de las autoridades locales y de la poblaci¨®n, con la participaci¨®n de investigadores de la universidad, han blanquedado las rocas y recuperado la vegetaci¨®n de Sudbury, que no s¨®lo quiere ser famoso por alojar bajo tierra la m¨¢s ins¨®lita trampa de neutrinos solares, sino tambi¨¦n por superar, en la superficie, la devastaci¨®n provocada por la acci¨®n humana.