Japón construirá un observatorio para observar un fenómeno “imposible”

Hace ya casi 40 años, Japón construyó un gran experimento subterráneo, a un kilómetro de profundidad, en la mina de Kamioka. Se buscaba la desintegración de un protón, algo que la teoría que clasifica las partículas elementales del universo dice que es imposible. La materia de la que estamos hechos nosotros y el mundo que nos rodea es estable porque los protones, presentes en todos los átomos, lo son. Sin embargo, algunas de las teorías que quieren mejorar el modelo actual de física de partículas para unificar todas las fuerzas del universo, una tarea que obsesionó a Einstein, dicen que hace mucho tiempo los protones se podían desintegrar.

Para observar aquel fenómeno era necesario introducir un montón de protones en un entorno en el que poder vigilarlos. Un protón tiene una vida media de al menos 10³⁴ años, así que observar su desintegración sería, si es que existe, un suceso raro. Una forma asequible de reunir una cantidad de partículas que incrementase las probabilidades de éxito era construir un gran tanque de agua que, como el resto de la materia, está compuesta por protones. A su alrededor, colocaron numerosos detectores de luz para capturar el rastro de la hipotética desintegración.

Detectar aquella desintegración habría sido como viajar al amanecer del cosmos, cuando aún estaba extremadamente caliente, y sería la prueba de que a energías muy elevadas las tres fuerzas fundamentales que hoy conocemos, la nuclear débil, que explica la radiactividad, la nuclear fuerte que mantiene unidos los átomos y la electromagnética, serían una sola. Sin embargo, el proyecto, bautizado como Kamiokande, no consiguió ese objetivo. Por el camino, los científicos japoneses descubrieron el potencial de aquel observatorio para estudiar los neutrinos y Masatoshi Koshiba, director de los experimentos en Kamioka, recibió el Nobel de Física en 2002 por el descubrimiento, en 1987, de los primeros neutrinos cósmicos.

Hace unos días, la revista Nature publicaba que, según científicos que participan en el proyecto, Japón va a lanzarse de nuevo al reto que no pudo completar en los ochenta. El Gobierno tiene previsto aprobar más de 600 millones de euros de inversión para construir Hyper-Kamiokande, el mayor detector de neutrinos del mundo. Su tanque con forma de tambor, de 71 metros de alto por 68 de ancho, tendrá capacidad para 260.000 toneladas de agua extremadamente pura. Kamiokande tenía capacidad para 3.000. Además de buscar la desintegración del protón, las dimensiones del nuevo observatorio permitirán detectar grandes cantidades de neutrinos procedentes del Sol, de rayos cósmicos o de supernovas, y también de un acelerador de partículas que los produce artificialmente para analizar sus características.

Una forma asequible de reunir una cantidad de partículas que incrementase las probabilidades de éxito era construir un gran tanque de agua que, como el resto de la materia, está compuesta por protones. A su alrededor, colocaron numerosos detectores de luz para capturar el rastro de la hipotética desintegración

“El proyecto tiene un potencial, posiblemente, mayor que el de los grandes aceleradores actuales”, apunta Luis Labarga, profesor de la Universidad Autónoma de Madrid y coordinador de la participación española en el proyecto y que ya ha colaborado con Super Kamiokande, el anterior gran observatorio de neutrinos japonés. A partir de ahora, como en otros grandes proyectos científicos, se buscará cooperación internacional y Labarga considera interesante para España involucrarse en el proyecto. Takaaki Kajita, premio Nobel de física por el estudio de los neutrinos con Super Kamiokande y líder de Hyper Kamiokande, ya ha tenido reuniones con representantes políticos españoles y tanto la Universidad Autónoma de Madrid como el Laboratorio Subterráneo de Canfranc (LSC) tienen contactos estrechos con los científicos japoneses. “No hay nada oficial, pero hay interés mutuo y sería importante nuestra participación en la construcción de los experimentos, que hacemos los propios científicos y en los que es relevante la participación de empresas privadas españolas, que tienen capacidad para hacerlo”, añade.

Juan José Gómez Cadenas, director del experimento NEXT en el LSC, cuyo objetivo es demostrar que el neutrino es su propia antipartícula, considera que la aprobación del presupuesto para Hyper Kamiokande “es una noticia excelente desde el punto de vista científico, no solo para los japoneses”. La información que obtenga el nuevo observatorio puede complementar la conseguida con NEXT. La teoría prevé que en el universo primitivo la cantidad de materia era idéntica a la de antimateria, pero algo sucedió poco después del Big Bang que inclinó la balanza a favor de la materia. El estudio de los neutrinos en Canfranc y en el observatorio nipón ayudará a explicar por qué hay materia y, en último término, por qué existe el universo que conocemos e incluso los seres humanos.