El 'detector de fantasmas', la nueva máquina que va a desentrañar los secretos más ocultos del universo

A 700 metros de profundidad, bajo una colina en el sur de China, se está construyendo un colosal instrumento científico que promete arrojar luz sobre uno de los mayores enigmas de la física: la naturaleza de los neutrinos, las partículas subatómicas más esquivas y abundantes del universo después de los fotones de luz. El Observatorio Subterráneo de Neutrinos de Jiangmen (JUNO, por sus siglas en inglés), una esfera de 20.000 toneladas de un líquido detector rodeada por 43.000 sensores de luz ultrasensibles. Se asemeja a proyectos tan interesantes como el cañón de luz, pero su apuesta es todavía más ambiciosa al desentrañar uno de los secretos más ocultos del universo.

Entrará en funcionamiento en 2025, según la comunidad científica que lo está llevando a cabo, tal y como explican en un artículo en Science Focus, por lo que las fechas no son especialmente dilatadas y pronto podremos ver las primeras pruebas llevarse a cabo.

Los neutrinos, apodados "partículas fantasma" por su mínima interacción con la materia, son increíblemente difíciles de detectar. Se estima que cien mil millones de neutrinos atraviesan cada centímetro cuadrado de nuestro cuerpo por segundo, la mayoría provenientes de las reacciones nucleares que alimentan al Sol. Para capturar estas escurridizas partículas, los físicos necesitan construir detectores gigantescos como JUNO, con un coste aproximado de 300 millones de dólares, que permiten aumentar la probabilidad de que al menos un neutrino interactúe con la materia. Es algo increíblemente difícil, y en ese sentido la forma en la que se ha construido JUNO trata de conseguir capturar este fenómeno de una manera bastante original y vanguardista, pero nada puede garantizar que esa inversión consiga que se capturen los neutrinos.

Un proyecto internacional dispuesto a detectar lo imposible

Aunque está situado en China, se trata de un proyecto internacional, en el que colaboran unos 700 científicos de 76 instituciones en 18 países, estando liderado por el Dr. Yifang Wang. El objetivo fundamental es determinar la "jerarquía de masas" de los neutrinos, logrando así determinar uno de los mayores enigmas del universo al destapar cómo funciona esta partícula fantasma. Existen tres tipos de neutrinos (electrón, muón y tau) y tres estados de masa, pero no coinciden. Los neutrinos oscilan entre estos tipos mientras viajan, cambiando de identidad. JUNO medirá estas oscilaciones para dilucidar si la jerarquía de masas es "normal" (las masas de los neutrinos aumentan en paralelo a las de los electrones, muones y taus) o "invertida".

Para lograrlo, JUNO detectará antineutrinos provenientes de dos centrales nucleares situadas a 52,5 kilómetros de distancia. La señal que buscan es la luz producida cuando un antineutrino interactúa con un protón en el líquido detector, creando un positrón y un neutrón. Esta "doble señal", separada por un breve intervalo de tiempo, permitirá a los científicos distinguir las interacciones de los neutrinos del ruido de fondo. Se estima que el experimento detectará entre 40 y 60 antineutrinos al día y necesitarán seis años para tener las muestras necesarias para el estudio.

Desentrañar la jerarquía de masas de los neutrinos no solo es importante por sí mismo, sino que podría abrir la puerta a una nueva física más allá del Modelo Estándar, la teoría que describe las partículas fundamentales y sus interacciones. Los neutrinos son una grieta en este modelo, ya que no se preveía que tuvieran masa. Además, se cree que los neutrinos jugaron un papel crucial en la evolución del universo y podrían explicar por qué está compuesto principalmente de materia y no de antimateria. Así, podemos decir que este "detector de fantasmas" es fundamental para entender realmente uno de los principales misterios universales. Pero la cosa no se detiene ahí.

JUNO también podrá detectar "geoneutrinos" provenientes de la desintegración radiactiva de elementos en el interior de la Tierra, proporcionando información sobre la dinámica interna del planeta. Además, será capaz de detectar neutrinos provenientes del Sol y de supernovas, eventos estelares que liberan enormes cantidades de estas partículas y que son responsables de la creación de elementos pesados esenciales para la vida.

Como es de esperar, la construcción de una máquina tan sofisticada y ciclópea ha sido todo un desafío que ha puesto en jaque a las mentes más brillantes de nuestro planeta, las cuales han trabajado codo con codo para lograr el que puede ser uno de los grandes avances científicos en años. Se une así a una larga serie de edificios que parecen extraídos de la más absoluta ciencia ficción, como la base más avanzada de la Antártida.

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