Foto: Wikimedia Commons

Fermilab redivivo

Cuando se pensaba que el Laboratorio Nacional Enrico Fermi habría de ser una instalación histórica, sus investigadores diseñaron y montaron experimentos para convertir este sitio en una fábrica de neutrinos.
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Contra todos los pronósticos, el legendario acelerador de partículas que se localiza en la gran llanura del medio oeste norteamericano ha resucitado. A una hora en automóvil del centro de Chicago rumbo al este, dándole la espalda al lago Michigan, se levanta un imponente edificio de 16 pisos, el único de esa altura en centenares de kilómetros a la redonda. Es el Robert Rathbun Wilson Hall, ideado por el genial físico y constructor de aceleradores de partículas subatómicas del mismo nombre, que se inspiró en la catedral gótica francesa de Beauvais para albergar a los cazadores de partículas.

Grandes ventanales bañan de luz un patio interior que une dos torres gemelas, cuya ancha base se estrecha hasta alcanzar su altura máxima a poco más de 70 metros. Desde el piso quince puede apreciarse la inmensidad de la planicie. Todas las instalaciones que rodean el edificio están ubicadas siguiendo la espiral de Arquímedes.

 

 

Debajo de la tierra se encuentra el anillo. Ahí operó hasta 2011 el Tevatrón –también un emblema de la arquitectura gótica moderna–, acelerador que colaboró en descubrimientos trascendentales de la física cuántica. El último de estos sucedió en 1995, cuando se confirmó la existencia del quark top, uno de los seis ladrillos fundamentales de la materia luminosa conocidos hasta ahora.

Sin embargo, su nivel de energía a fin de mirar más profundo en las entrañas de la materia alcanzó un límite, por lo que el Tevatrón pasó a la historia y el Laboratorio Nacional Enrico Fermi tuvo que ceder el liderazgo en la cacería de partículas al CERN de Ginebra, cuando se echó a andar el Gran Colisionador de Hadrones, en 2008. Algunos de los súper imanes súper conductores del anillo en Fermilab fueron reciclados en la caverna del CERN y aún están pintados de naranja con su logotipo: la silueta azimutal del Wilson Hall. Fue en el LHC, seis años más tarde, donde se encontró una partícula clave para explicar el mundo como es: el bosón de Higgs.

Así que cuando se pensaba que Fermilab habría de languidecer y permanecer como una reserva ecológica, habitada por búfalos, arbustos y yerbas silvestres desde hace varias décadas, la imaginación de sus investigadores no paró y al día siguiente de terminar su aventura en la búsqueda del Higgs, diseñaron y montaron otros experimentos para convertir este sitio en una fábrica de neutrinos.

Impulsados por la necesidad de profundizar en la conexión entre lo infinitamente pequeño y lo inmensamente grande y al amparo de una novedosa disciplina –la astrofísica de partículas– se dedicaron a rastrear y cazar nuevas piezas del rompecabezas del universo; entes cada vez más escurridizos e invisibles.

Un grupo de tales piezas son los neutrinos, partículas sin carga eléctrica, un millón de veces más ligeros que los electrones y que pueden alcanzar la velocidad de la luz. Se cuentan entre las más abundantes en el universo. Ya en 1999 cosmólogos como Lord Matin J. Rees me aseguraban que esta clase de partículas podrían ser buenas candidatas para ayudarnos a descubrir la naturaleza de la materia oscura. Hasta ahora no ha sucedido. Pero su estudio genera expectativas al descubrirse que los neutrinos podrían contar con un miembro hasta ahora desconocido, lo cual renueva semejante posibilidad.

Cabe aclarar que los neutrinos interactúan de manera ocasional con otras partículas elementales. O con nosotros. De hecho, millones de ellos nos atraviesan a cada instante, como verdaderos fantasmas. Sólo entran en contacto con la materia luminosa del universo a través de la fuerza nuclear débil y la gravedad. Eso significa que no son desviados por campos electromagnéticos, y, por ende, no son “contaminados”, de manera que poseen información prístina, útil acerca de su origen. Por la misma razón es muy difícil rastrearlos. Aun así, sabemos que son capaces de oscilar, esto es, de cambiar de identidad. Este comportamiento no es igual en todos los casos. De hecho, suelen agruparse en tres familias, cada una con sus propias características cuánticas, de manera que unos neutrinos se asocian al electrón; otros, al muón (similar al electrón) y un tercero, a la partícula tau (también parecida al electrón).

Hace quince años se montó en Fermilab una trampa, el experimento MiniBooNE. Se trata de un gigantesco tanque esférico que contiene 800 toneladas de aceite mineral puro, el cual produce leves destellos luminosos cada vez que un neutrino es atrapado. Estas partículas se crean a partir de protones que se inyectan en el acelerador y se disparan en contra de un objetivo de berilio. Durante el relampagueante recorrido hacia el tanque detector aparecieron neutrinos muónicos que oscilaron y se convirtieron en neutrinos electrónicos. A lo largo de este tiempo se acumuló un número suficiente de eventos como para confiar en los resultados. Quince años es un parpadeo en la investigación científica y puede conducirte al error. Hace algunas semanas se dieron a conocer los primeros resultados “muy confiables”.

Para sorpresa de todos, podrían sugerir la existencia de un tipo inédito de neutrino, al que llamaron “inerte”, cuya característica es que, si interactúa, lo hace primero con la gravedad. Los integrantes del experimento anunciaron haber detectado una cantidad muy numerosa de neutrinos electrónicos, lo cual difiere de lo predicho por la teoría basada en el Modelo Estándar de la Materia. Esto podría significar que algunos de estos neutrinos del electrón oscilaron para convertirse en los hipotéticos neutrinos inertes. El anuncio reciente de dicho descubrimiento refuerza las observaciones realizadas hace algunos años en un laboratorio similar, situado en El Álamo, Nuevo México, si bien otros experimentos no han visto nada. Tal es el caso de IceCube, en las profundidades del Polo sur, y MINOS (Main Injector Neutrino Oscillation Search), también operando bajo las llanuras de Illinois.

Si se confirma la existencia de tales neutrinos, el hecho de que su interacción primordial se lleve a cabo con la menos conocida de las cuatro fuerzas fundamentales, la gravedad, podría abrir alternativas y permitir un primer contacto con la materia oscura. O, al menos, servirá para conocer mejor la fauna de partículas exóticas que puebla el universo.

 

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