El laboratorio subterráneo de Canfranc

El campo de la física desarrollada en laboratorios subterráneos apenas existía hace unos 20 años. Tiene como objetivo la comprensión de procesos físicos de enorme interés, pero demasiado débiles para poder ser detectados en la superficie terrestre, debido al enorme fondo de rayos cósmicos al que estarían expuestos. Los laboratorios subterráneos proporcionan un entorno donde hay una enorme atenuación de dicho fondo. A unos mil metros bajo la superficie, sólo una entre un millón de las partículas que se producen en las altas capas de la atmósfera debido a la radiación cósmica alcanza esa profundidad. El poner tierra por medio es, pues, otro modo de mirar al cielo, seleccionando sólo aquella radiación que interacciona muy débilmente con la materia. ¿Por qué es ésta precisamente la más interesante? Porque proviene directamente de la fuente que la originó, sin estar expuesta a perturbaciones en su trayecto hacia nuestro planeta.

En los últimos años, el campo de la física subterránea ha producido descubrimientos de gran impacto científico y actualmente se halla, probablemente, en el umbral de conseguir avances importantes en áreas tan diversas como la física de partículas elementales, la física nuclear, la astrofísica, la cosmología, la gravitación o la geofísica. La confluencia de estudios teóricos y métodos experimentales provenientes de la física de partículas y la astrofísica ha conducido al nacimiento de una nueva física de astropartículas, cuyo objetivo es estudiar la interrelación entre el cosmos y las interacciones fundamentales. En muchos casos, esa sonda del cosmos sólo es posible realizarla en las condiciones proporcionadas por los laboratorios subterráneos. Entre los temas de los que se ocupa la física subterránea destacan los neutrinos y la materia oscura.

Los neutrinos son unas partículas fascinantes: después de 50 años de estudios creemos conocer en detalle cuáles son sus interacciones -extraordinariamente débiles- con la materia, pero sus propiedades intrínsecas, como su masa, su naturaleza (¿son iguales a sus antipartículas?), su conversión de los de un tipo a otro tipo (¿es esta conversión igual para la materia como para la antimateria?) son aún en gran parte completamente desconocidas. Su origen puede ser solar, atmosférico, explosiones de supernovas o, incluso, provenientes del centro de la tierra.

Un 25% del contenido total de materia-energía en el Universo es en forma de materia oscura, que de momento sólo se ha manifestado por sus interacciones gravitatorias, de un tipo diferente de la materia conocida de la que está hecho el Universo y nosotros mismos. Los físicos pretenden detectar y conocer en qué consiste la materia oscura mediante experimentos ubicados en los laboratorios subterráneos. De nuevo, porque la interacción de las partículas de materia oscura con la materia ordinaria de nuestros detectores es muy débil.

El Laboratorio Subterráneo de Canfranc (LSC) es una gran instalación científica española para la colaboración internacional en este campo. La visión del malogrado profesor Ángel Morales hace casi 20 años, utilizando unos pequeños emplazamientos en el abandonado túnel del ferrocarril, fue precursora de la realidad actual. El nuevo LSC, recientemente inaugurado, dispone de dos salas complementarias para distintos tipos de experimentos, una zona de conexión con instalaciones propias de un gran laboratorio y una organización que hacen que esté llamado a ser uno de los laboratorios de referencia en el concierto mundial.

Ya está claro, de las expresiones de interés formuladas a la comisión científica gestora del Laboratorio, que el LSC será centro de referencia en detectores para materia oscura; además de los interesantes experimentos en marcha llevados a cabo por el grupo de Zaragoza, van a instalarse en Canfranc dos colaboraciones internacionales con detectores de líquidos nobles (xenón y argón), con participación de varios grupos españoles. Además de ello, el nuevo laboratorio albergará un experimento para determinar la naturaleza y masa efectiva de los neutrinos conducido por una colaboración internacional en la que participan dos grupos de Valencia, uno de Barcelona y uno de Zaragoza. Éste será uno de los tres experimentos en esta línea más importantes mundialmente (los otros dos instalados en el Laboratorio de Gran Sasso, en Italia) y tendrá unas características propias que lo harán de referencia para dilucidar el mecanismo y el origen del proceso.

Es seguro que en los próximos años habrá una gran demanda de espacio experimental subterráneo ante el espectacular avance del campo de la física de astropartículas. La decisión de proceder a la ampliación del Laboratorio Subterráneo de Canfranc no puede llegar, pues, en mejor momento. Canfranc posee además una facilidad de acceso y ampliación envidiables por sus características geológicas. Canfranc constituye, en definitiva, un laboratorio subterráneo llamado a convertirse en una instalación de primer orden, capaz de jugar un papel destacado en los avances en la física subterránea. Una instalación que permitirá situar a nuestro país en un puesto destacado en este campo.

Domènec Espriu es Catedrático de Física Teórica de la Universitat de Barcelona y Gestor del Programa Nacional de Física de Partículas. José Bernabeu es Catedrático de Física Teórica de la Universitat de Valencia y Presidente de la Comisión Científica Gestora del LSC.