*Texto de la autoría de un columnista invitado de la Universidad EIA

La semana que pasó, la ciencia que busca explicar el origen del universo tuvo una cita en Campinas, Brasil. Desde el 21 y hasta el 25 de septiembre, al menos 200 científicos de la colaboración DUNE revisaron en la Universidad Estadual de Campinas (Unicamp) los avances del experimento más ambicioso jamás diseñado para estudiar los neutrinos. Fue la primera vez que la reunión se realizó en Brasil.

En esa conversación mundial hubo voces colombianas. La física Amalia Betancur, el ingeniero electrónico José Valentín Restrepo y el investigador Daniel Ávila, de la Universidad EIA, hicieron parte de DUNE junto con investigadores de las universidades de Antioquia, Medellín, Antonio Nariño, Atlántico y Magdalena. Restrepo y Ávila estuvieron en esa semana en Campinas, participando en la reunión.

Por qué la materia le ganó a la antimateria

Los neutrinos son partículas tan esquivas que casi no interactúan con nada.

“Si yo apunto una lámpara contra una pared, alguien al otro lado no va a ver la luz, porque la pared la absorbe”, explica Amalia Betancur.

“Los neutrinos, en cambio, pasan por la pared, por la tierra, por las montañas, casi como si no hubiera materia. Por eso son partículas fantasmas”, añade.

Detectarlos exige, entonces, estadística: intentarlo muchas veces. Por eso DUNE necesita detectores gigantes y muy profundos. El experimento acelera protones a velocidades cercanas a la de la luz y los hace chocar contra un blanco, lo que produce neutrinos. Estos viajan primero a un detector cercano, en Fermilab, donde se caracterizan, y luego recorren 1.300 kilómetros bajo tierra —sin necesidad de construir nada en el camino— hasta llegar a los tanques de argón líquido en Dakota del Sur.

En ese trayecto ocurre algo que Betancur describe como extraño incluso para la física: los neutrinos cambian de un tipo a otro mientras viajan.

“Fermilab lo explica así: es como si tuvieras un gato que se convierte en pantera y después en jaguar”, cuenta.

Ese comportamiento es la clave de la pregunta que DUNE quiere responder. “Queremos entender, a través de los neutrinos, por qué la materia le ganó a la antimateria”, explica Betancur. Según las teorías de la física, materia y antimateria deberían haber estado en igualdad de condiciones en el universo temprano, pero cuando ambas se encuentran, se aniquilan y producen luz. “Si eso hubiera pasado siempre, nuestro universo sería solo luz, y no lo que somos: nosotros mismos, nuestros carros, nuestras casas, nuestras familias”. DUNE producirá, en distintos momentos, neutrinos y antineutrinos, y comparar su comportamiento podría revelar por qué existe algo en lugar de nada.

La física que estudia lo invisible

Betancur no solo lideró la participación de la EIA en DUNE: también investiga materia oscura, otro de los grandes misterios del universo. “Cuando miramos cómo se mueven las galaxias y los cúmulos de galaxias, notamos que se comportan como si hubiera una masa que no vemos”, explica.

“Esa masa que falta no es poca cosa: es cinco veces más que la materia que sí conocemos. Si pensáramos en átomos, por cada átomo que entendemos, hay cinco que no entendemos”.

La materia oscura es difícil de detectar por cualquier vía que no sea su efecto gravitacional, y en eso se parece a los neutrinos.

“La pregunta que me hago es cómo estudiar la materia oscura en un experimento diseñado para neutrinos, ya que se comportan de manera parecida”, dice Betancur.

Su campo estuvo en las noticias hace pocos días: otro experimento del mismo laboratorio subterráneo, LUX-ZEPLIN, reportó una señal que podría ser materia oscura, un resultado que llegó a medios como CNN. LZ no hace parte de DUNE, pero opera en el mismo complejo de Sanford.

Betancur recuerda que, cuando estudiaba física, ver un proyecto así de lejos le parecía imposible. “Lo que he encontrado es que sí tenemos el talento y el conocimiento para aportar”, dice. “La ciencia necesita gente; no hay que haber nacido en Estados Unidos y tener la NASA al lado. Para mí, esto significa mostrar que se puede hacer física en Colombia y que, como colombianos, tenemos mucho que dar”.

La ingeniería que hace posible la medición

Junto a ella, dos ingenieros trabajan en la tecnología que convierte señales casi imperceptibles en conocimiento. Según explica Betancur, el aporte de la EIA está en dos frentes del experimento: el sistema de detección de fotones y el detector cercano, donde el reto es procesar las señales y convertirlas en información digital a “velocidades increíbles”.

• José Valentín Restrepo, ingeniero electrónico, es ingeniero de pruebas del detector cercano. Diseña y ejecuta pruebas de los equipos que funcionarán como detectores, escribe el código para analizar sus datos y desarrolla el software de control y supervisión. El reto es la escala: las señales son de apenas milivoltios y duran nanosegundos. “Llegar hasta una precisión de nanosegundos no es sencillo: implica muchos diseños, pruebas, errores y experiencia adquirida”, explica.
• Daniel Ávila, ingeniero mecatrónico egresado de la EIA, participa en el diseño e integración de tecnologías para la adquisición de datos del experimento.

Diez minutos bajo tierra

En abril, DUNE recibió el premio Project of the Year de la Underground Construction Association, por la excavación de tres enormes cavernas en el Sanford Underground Research Facility, a 1,5 kilómetros bajo tierra. Para Betancur, el reconocimiento va más allá de la obra civil. “Muchas veces me preguntan por qué es importante hacer ciencia, si lo que parece interesante es la tecnología”, dice. “La ciencia es la que da las bases para crear la tecnología. DUNE muestra que hacer ciencia también obliga a llevarla a puntos donde nunca había llegado, por las condiciones extremas que exige un experimento como este”. Hacer una excavación de esa magnitud cerca de la superficie ya sería difícil; hacerla a 1,5 kilómetros de profundidad, agrega, “es una cosa increíble”.

En mayo, la colaboración se reunió en Dakota del Sur, y para muchos de sus integrantes fue la primera vez que vieron las cavernas en persona. Restrepo bajó a ellas.

“Fue descender 1,5 kilómetros bajo tierra, diez minutos en un ascensor, para llegar a vislumbrar la magnitud del experimento”, recuerda.

Para abrirlas se retiraron cerca de 800.000 toneladas de roca; allí se instalarán cuatro detectores de argón líquido, cada uno del tamaño de un edificio de siete pisos. Construir a esa profundidad fue una necesidad científica: la roca actúa como escudo frente a los rayos cósmicos y otras partículas que podrían confundirse con neutrinos.

Para Restrepo, trabajar en un proyecto así deja una lección de método: “Utilizar el método científico en cada una de las pequeñas actividades”, con discusión basada en argumentos y pruebas.

También deja una responsabilidad: “demostrar que los ingenieros que formamos en nuestra institución y país tienen todas las capacidades y competencias para operar en estos grandes experimentos”.

Lo que viene

La toma de datos científicos está prevista para 2030, con neutrinos atmosféricos, y para 2031, con el haz de neutrinos del acelerador. El proyecto durará unos 30 años. Mientras tanto, la Unicamp prepara con Fermilab y la Fapesp un centro para capacitar a investigadores brasileños y latinoamericanos en el trabajo con los datos de DUNE, una oportunidad para la región y para la comunidad científica colombiana.

“Me gustaría que se reconociera lo que hemos trabajado, y sobre todo que se reconociera la capacidad de Colombia de hacer ciencia”, dice Betancur. “Tenemos mucho talento, y ese talento lo podemos llevar a estas instancias tan interesantes.”

Cuando los primeros neutrinos sean registrados en Dakota del Sur, parte de esa historia llevará la firma de un equipo colombiano que ayuda a escuchar las partículas más silenciosas del universo.