La odisea de Katrin, una ¡®b¨¢scula¡¯ gigante para la part¨ªcula m¨¢s peque?a

El 25 de noviembre de 2006 un objeto gigantesco atraves¨® la peque?a localidad alemana de Eggenstein-Leopoldshafen ante la mirada de miles de curiosos. El objeto es una de las mayores c¨¢maras de vac¨ªo del mundo: 200 toneladas de acero inoxidable con forma de zepel¨ªn, de 24 metros de largo y 10 de di¨¢metro. Este aparato cient¨ªfico ¡ªque llegaba ese d¨ªa a su destino en el campus del Instituto Tecnol¨®gico de Karlsruhe¡ª se construy¨® en la ciudad de Deggendorf, a unos 350 kil¨®metros de all¨ª, pero en realidad conclu¨ªa un viaje hom¨¦rico de dos meses y casi 9.000 kil¨®metros en barco por dos r¨ªos y cuatro mares. Se trata de un espectr¨®metro, el instrumento estrella para el reci¨¦n inaugurado experimento Katrin (Karlsruhe Tritium Neutrino Experiment), un proyecto internacional que tiene por objetivo medir definitivamente la masa de las part¨ªculas m¨¢s ligeras y escurridizas del universo: los neutrinos.

¡°En cada cent¨ªmetro c¨²bico del universo hay 336 neutrinos¡±, dice Kathrin Valerius, coordinadora de an¨¢lisis del experimento. ¡°Superan a las dem¨¢s part¨ªculas por un factor de mil millones; solo les ganan en abundancia los fotones, las part¨ªculas de luz¡±. Los neutrinos no tienen carga el¨¦ctrica e interact¨²an tan d¨¦bilmente con la materia que, hasta hace 20 a?os, los cient¨ªficos pensaban que tampoco ten¨ªan masa. Sin embargo, descubrieron que los neutrinos se transforman de uno de los tres tipos conocidos a otro mientras viajan, algo que nunca podr¨ªa ocurrir con una part¨ªcula incorp¨®rea.

¡°Katrin es un experimento para medir la masa absoluta de los neutrinos, un reto importante porque tienen un papel ¨²nico en cosmolog¨ªa y f¨ªsica de part¨ªculas¡±, explica Guido Drexlin, director del proyecto. Para lograr este objetivo, Katrin analiza el espectro energ¨¦tico de electrones escupidos en la desintegraci¨®n beta del tritio, un is¨®topo radiactivo de hidr¨®geno. En la desintegraci¨®n beta, uno de los neutrones que forman el n¨²cleo de tritio se convierte espont¨¢neamente en un prot¨®n y libera energ¨ªa en la forma de un electr¨®n y un neutrino. El neutrino, rebelde, se pierde para siempre, pero el electr¨®n, si sale con suficiente velocidad, atravesar¨¢ la c¨¢mara de vac¨ªo magnetizada para llegar a un detector, lo cual permite medir su energ¨ªa. A partir de este dato, se puede calcular cu¨¢nta energ¨ªa se llev¨® el neutrino. La equivalencia famosa de E=mc² da, finalmente, su masa.

El experimento arranc¨® en junio de este a?o, tras un ¡°marat¨®n¡± de dise?o, construcci¨®n, transporte y acabados. ¡°Yo estuve en la primera reuni¨®n de la colaboraci¨®n, al comienzo del siglo¡±, recuerda Drexlin. ¡°En estos 17 a?os hemos tenido que conseguir el dinero ¡ªm¨¢s de 60 millones de euros¡ª y, lo que m¨¢s cost¨®, lograr que nos construyeran los componentes necesarios¡±, a?ade. Valerius trabaj¨® en el dise?o del enorme espectr¨®metro principal para su tesis de doctorado. La empresa que lo construir¨ªa, DWE Reactors, tiene f¨¢brica en Deggendorf, cerca de M¨²nich y a unas cuatro horas en coche de Karlsruhe, donde deb¨ªa instalarse obligatoriamente Katrin por proximidad al laboratorio de tritio que ya exist¨ªa. Las descomunales dimensiones del instrumento impidieron su transporte por carretera, de modo que fue necesario circunvalar el continente europeo en barco.

Por r¨ªos y mares

El espectr¨®metro de Katrin zarp¨® de Deggendorf el 28 de septiembre de 2006. Recorri¨® el r¨ªo Danubio hasta su desembocadura en el Mar Negro. Desde ah¨ª atraves¨® el Mediterr¨¢neo y viaj¨® rumbo norte hacia Pa¨ªses Bajos, donde remont¨® las corrientes del Rin hasta el puerto alem¨¢n de Leopoldshafen. El d¨ªa n¨²mero 63 complet¨® los ¨²ltimos siete kil¨®metros, entre cultivos y edificios rurales, por tierra. El viaje, de casi 9.000 kil¨®metros, tuvo sus percances. En la frontera de Alemania con Austria, el puente de una esclusa bloqueaba el paso al monstruo met¨¢lico. El equipo tuvo que comprar 1.200 toneladas de grava y 800 litros de agua para lastrar la embarcaci¨®n y rebajar su altura. M¨¢s tarde, una tormenta arranc¨® la cubierta protectora del instrumento, exponiendo el acero al agua y el salitre, aunque Valerius confiesa que ¡°desde entonces las fotos empezaron a salir m¨¢s bonitas¡±.

¡°La llegada del espectr¨®metro es el recuerdo m¨¢s v¨ªvido que tengo de toda mi carrera de investigaci¨®n¡±, rememora Valerius. Ese d¨ªa hab¨ªa en la calle 30.000 personas en un pueblo de 15.000 habitantes. Agotaron toda la comida y hubo que llamar a un cami¨®n de salchichas para alimentar a los espectadores. ¡°La llegada del espectr¨®metro fue un hito enorme, pero no era el componente m¨¢s dif¨ªcil de construir¡±, se?ala Drexlin. Los cient¨ªficos todav¨ªa tuvieron que esperar 10 a?os m¨¢s para la llegada de unos criostatos especiales que se instalar¨ªan en la fuente de tritio.

El laboratorio de tritio almacena esta sustancia ¡ªque sale a 30.000 euros por gramo¡ª para investigar la producci¨®n de energ¨ªa por fusi¨®n nuclear. Ahora tambi¨¦n se encarga de abastecer a la b¨¢scula de neutrinos. ¡°Estamos en una peque?a campa?a de calibraci¨®n en la que utilizamos electrones de energ¨ªa conocida¡±, explica Magnus Schl?sser, un investigador de ese laboratorio. ¡°En marzo empezaremos a utilizar el tritio en peque?as cantidades y alcanzaremos el 100% en la primavera de 2019¡±.

Por ahora, se sabe que la masa del neutrino est¨¢ entre 10 milielectronvoltios y 2 electronvoltios (la masa de las part¨ªculas se mide en unidades de energ¨ªa): es al menos dos millones de veces m¨¢s ligero que el electr¨®n. En cinco a?os, los cient¨ªficos de Katrin podr¨¢n anunciar la ansiada cifra, si es mayor que 0.2 electronvoltios. Esperan entender c¨®mo el neutrino obtiene su masa; no creen que sea exclusivamente por interacci¨®n con el bos¨®n de Higgs, como toda la dem¨¢s materia. Para Valerius, apasionada de la cosmolog¨ªa, la promesa de Katrin es ¨¦pica: ¡°Yo quiero saber c¨®mo afectan los neutrinos a la evoluci¨®n del universo, como la formaci¨®n de las galaxias¡±, dice. ¡°Realmente no tenemos ni idea de qu¨¦ est¨¢ hecho el universo¡±.