Laboratorio Sanford, en una mina de oro abandonada, donde se construirá el gran detector de neutrinos LBNF
Laboratorio Sanford, en una mina de oro abandonada, donde se construirá el gran detector de neutrinos LBNF - DUNE/LBNF

Comienza la excavación del más inmenso detector de neutrinos del mundo

Estará a 1.500 metros de profundidad en una mina abandonada de Estados Unidos, y permitirá estudiar una de las partículas más escurridizas para los físicos

MADRIDActualizado:

Nadie lo percibe, pero cada segundo billones de neutrinos atraviesan nuestro cuerpo. Se trata de partículas muy pequeñas que se mueven casi a la velocidad de la luz y que son, después de los fotones, que «componen» la luz, las partículas más abundantes del Universo. Además de por su número, la importancia de los neutrinos es enorme porque las últimas investigaciones han mostrado que tienen masa y varias identidades, dos fenómenos que contradicen el modelo estándar de la Física, el marco teórico básico para los físicos. Por eso, hoy en día muchos laboratorios trabajan en detectar y estudiar las propiedades de los neutrinos.

La semana pasada comenzaron los trabajos del que será el mayor detector de neutrinos hasta la fecha, el «Long-Baseline Neutrino Facility» (LBNF). En un futuro, estas instalaciones, situadas a cerca de 1.500 metros de profundidad en una mina de oro abandonada de Dakota del Sur (Estados Unidos), captarán los neutrinos disparados desde el Fermilab («Fermi National Accelerator Laboratory»), a una distancia de 1.300 kilómetros, con el objetivo de entender mejor estas partículas cruciales en el Universo.

Este programa de investigación, llamado «Deep Underground Neutrino Experiment» (DUNE), requerirá una inversión de más de 1.720 millones de euros y al trabajo de más de 1.000 científicos de 30 países y 160 instituciones.

Este laboratorio se basará en cuatro grandes módulos que albergarán paneles detectores situados en el interior de tanques de argón líquido ultrapuro. Dentro de cada módulo habrá 150 paneles detectores, que tendrán una extensión comparable a las dos terceras partes de un campo de fútbol.

Diseño del sistema de túneles y módulos detectores del LBNF
Diseño del sistema de túneles y módulos detectores del LBNF- DUNE/LBNF

Cada uno de estos 150 paneles detectores medirá más de seis metros de largo y estará compuesto por una red de cobre y por varias capas ultrafinas de berilio de cobre, unidas a su vez a un circuito capaz de seguir el paso de los neutrinos.

Los paneles estarán en el interior de grandes tanques protegidos por tres capas de distintos materiales que se basan en la tecnología que se usa en petroleros. Harán falta 3.500 camiones para llevar todo el argón necesario para rellenar los depósitos. Llenar cada uno de ellos, que estarán situados a unos 1.500 metros de profundidad, llevará cerca de un año y siete meses.

Retirar 800.000 toneladas de rocas

La detección de los neutrinos se basa en generar un fuerte campo eléctrico en el interior de un volumen de líquido frío, lo que tiene la gran ventaja de que permite reconstruir la trayectoria de cada partícula en tres dimensiones. A medida que los neutrinos interaccionan con el líquido, crean una cascada de reacciones y una lluvia de partículas que pueden ser captadas por los paneles.

De momento, científicos de la Universidad de Wisconsin-Madison (EE.UU.) están trabajando en tres prototipos de los paneles del futuro detector, dentro de un experimento conocido como «ProtoDUNE», mientras que otros laboratorios trabajan en la maquinaria necesaria para fabricarlos. Se espera que la construcción de los paneles detectores comience en 2019 y acabe en 2024.

Un investigador trabaja con un prototipo de panel similar a los que se usarán en el gran detector
Un investigador trabaja con un prototipo de panel similar a los que se usarán en el gran detector- UW-Madison Physical Sciences Laboaratory

Antes de la construcción será necesario excavar durante tres años y retirar más de 800.000 toneladas de rocas hasta llegar a los 1.480 metros de profundidad. Los operarios cavarán cuatro cámaras de 70 metros de largo, 20 de ancho y 29 de alto, y otra aún mayor para albergar las instalaciones de servicio. Partirán de una mina abandonada en los años 30 y las instalaciones científicas del SURF, el «Sanford Underground Research Facility», tal como han explicado en «Sciencemag.org».

Se espera que estas investigaciones ayuden a entender por qué el Universo está dominado por materia, y no antimateria, y cuál es el papel de los neutrinos. También permitirán captar partículas producidas por supernovas y entender mejor la formación de estrellas de neutrones y agujeros negros. Además, estudiar los neutrinos ayudará a analizar el decaimiento de los protones, un fenómeno crucial para la física.

Actualmente, hay muchas instalaciones que trabajan en la detección de neutrinos. Por ejemplo, el «IceCube Neutrino Observatory» los busca bajo el hielo del polo Sur, el experimento Borexino los busca bajo tierra en Italia y el telescopio ANTARES lo hace bajo el mar Mediterráneo.