El Laboratorio Subterráneo de Canfranc (LSC) es peculiar: se encuentra a 800 metros bajo tierra para evitar que los rayos cósmicos interaccionen con los experimentos que se realizan en el Pirineo Aragonés, bajo la Montaña del Tobazo. Estas investigaciones se pueden agrupar en tres tipos: búsqueda de desintegraciones beta y doble beta; búsqueda de materia oscura y pruebas para el Einstein Telescope y otros interferómetros.
Ahora, este laboratorio subterráneo tiene como nuevo director al físico teórico e investigador del CSIC Carlos Peña Garay, que en los inicios de su carrera participó en el descubrimiento de la masa de los neutrinos.
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Más allá del nombramiento de Peña Garay como director, ¿qué es exactamente lo que se cuece entre los científicos a 800 metro bajo tierra?
Desintegraciones beta y doble beta
Uno de los principales experimentos que se desarrolla en Canfranc está relacionado con las desintegraciones "raras", según explica Peña Garay a Hipertextual. "En concreto hay una desintegración, llamada desintegración beta porque es la segunda que se descubrió, que se da cuando un núcleo no es estable y cambia un protón por un neutrón o viceversa. Esta desintegración produce la emisión de un electrón o de un positrón (pareja del electrón con carga contraria, es antimateria). El núcleo (la distribución de protones y neutrones) cambia aunque no lo hacen los nucleones", ilustra el investigador del CSIC.
No obstante, siempre hay núcleos más difíciles de desintegrar: "Cuando un núcleo puede desintegrarse beta, pero no tiene la energía suficiente para hacerlo, se desintegra doble beta: cambia dos protones por dos neutrones o viceversa", comenta el físico. Además, en este proceso se crean "uno o dos neutrinos", añade. "Esto ya se ha medido en algunos núcleos". "Hay algunos núcleos muy especiales que no pueden tener desintegración beta, pero sí doble beta, lo cual es muy raro. La vida de algunos de estos núcleos es de 10 elevado a 21 años. Son núcleos casi estables, es decir, muy poco inestables y eso se puede medir. Para verlo tienes que ir a un laboratorio subterráneo donde suprimes la mayoría del ruido radiactivo que hay alrededor, es decir, los rayos cósmicos, y así poder ver este efecto", explica Peña Garay.
Y esto es lo que están haciendo en el LSC con el experimento NEXT, en el que se utiliza el isótopo Xenón-136, "que no se puede desintegrar beta, pero sí doble beta". Los isótopos son átomos del mismo elemento que varían en el número de neutrones en su núcleo. "Es una desintegración muy especial donde se emiten los dos electrones, pero los neutrinos no salen del núcleo, no se han producido. Esto es teórico, los físicos teóricos hemos convencido a los físicos experimentales que debería de ocurrir", explica el investigador del CSIC.
Entonces, ¿qué implicaría descubrir que esto es así? "Dos cosas. La primera, los neutrinos tienen que ser su propia antipartícula" y es posible ya que no tienen carga ni positiva ni negativa "y necesitaríamos nueva física para explicarlo". "La segunda, más especulativa, trata sobre los neutrinos de Majorana, llamados así por un físico italiano que planteó la posibilidad de que si son su propia antipartícula, en el universo temprano, cuando había tanto partículas como antipartículas, hubo una batalla de aniquilación entre ellas y daban luz. Y todo se convirtió en luz excepto un pequeño exceso de materia frente a antimateria. Este exceso se debió a que el neutrino es de Majorana y generó esa pequeña diferencia de una parte sobre otra. La diferencia es muy pequeña, de una parte entre cuatro mil millones, pero el neutrino la podría generar. Por eso es tan importante buscar esta desintegración", explica a Hipertextual.
Detectores de materia oscura
Al observar una galaxia y seguir su trayectoria se puede determinar cuánta materia hay dentro por la gravedad. Sin embargo, los científicos se han dado cuenta de que al realizar los cálculos de la gravedad los números no les salen: "Sabemos que hay cinco veces más masa de la que vemos en una órbita", señala Peña Garay. A la sustancia desconocida, por el momento, que no vemos, pero que los investigadores saben que está ahí por los efectos de la gravedad se la ha llamado materia oscura. "Todavía no sabemos lo que es y, aunque creemos que interactúa como un partícula, no la hemos podido ver", explica el físico teórico.
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El experimento para encontrar a la escurridiza materia oscura es sencillo, aunque eso no quita que sea muy difícil dar con ella: se instalan unos "detectores muy sensibles con los que se ve pasar incluso algo con lo que interactúa muy débilmente", de ahí que se necesiten laboratorios subterráneos para llevar a cabo este experimento, con los que se debería detectar cualquier pequeña variación de la energía al entrar en contacto con otra partícula que la atraviese, como una de materia oscura. "Tenemos varios detectores funcionando y es una de las áreas más importantes en laboratorios subterráneos", comenta el investigador.
Einstein Telescope
"Uno de nuestros proyectos está relacionado con las ondas gravitacionales, que han aparecen tras el colapso de objetos masivos y nos llegan hasta nosotros. Con experimentos de mucha precisión que miden distancias perpendicular una de otra con láseres que conectan espejos a 8 kilómetros de distancia somos capaces de saber que está pasando una onda gravitacional que modifica las distancias en una dirección y en otra. Sabemos que el futuro de estos detectores es que se pondrán bajo tierra porque eso reducirá un tipo de ruido a bajas frecuencias y me permitirá ver más objetos que su evolución genera ondas gravitacionales", explica el físico teórico.
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El Einstein Telescope es uno de los proyectos, de origen europeo, que pretende estudiar esto. Se construiría un interferómetro gigante, un instrumento que permite medir largas distancias de una forma muy precisa. Será un triángulo equilátero de ocho kilómetros de lado cuyos vértices se estarán midiendo de forma continua. Aún no se sabe dónde se pondrá, pero se están buscando localizaciones y en Canfranc se estudia "si la roca de aquí es buena para este tipo de instrumentos".
No obstante, hay un segundo proyecto relacionado con interferómetros más pequeños "con los que podemos ver grandes mareas en el golfo de Vizcaya o terremotos en el otro lado del mundo", detalla el investigador.
Bajo tierra también se aprende biología
Un área en el que Peña Garay tiene interés en invertir en un futuro próximo es en el campo de la biología y la física. "Hay un tipo de experimento en superficie que consiste en coger un sistema celular, que puede ser desde células individuales hasta tejidos, e irradiar radiación gamma. Las células se dañan, pero algunas sobreviven porque el ADN tiene un sistema de reparación. Esto se sabe, es parte del campo de la biología", comenta el físico teórico. Pero el equipo de Luigi Satta ha replicado los experimentos en el laboratorio subterráneo de Gran Sasso y ha encontrado "un fenómeno que inicialmente sorprende".
¿Y qué han encontrado? "Que, aunque fueran las mismas condiciones, las células no sobrevivían. Todavía no entendemos todo lo que pasa, pero una hipótesis es que la vida está adaptada a vivir en superficie y, por lo tanto, la radiactividad que está afectándonos a nosotros ahora mismo hace que nuestro sistema esté activado, de modo que está preparado para reparar porque constantemente está siendo agredido. En un laboratorio subterráneo el número de ataques por radioactividad disminuye y, por lo tanto, el sistema de reparación se deprime y no tiene capacidad de reaccionar cuando haces este daño. Es una hipótesis, puede que no sea correcta. Pero es uno de los efectos que queremos estudiar caracterizando qué le ocurre a la vida cuando disminuye el nivel de radiactividad, la radiación electromagnética, los efectos acústicos...", explica el investigador.
Plan estratégico más allá del Gobierno
El nuevo Gobierno formado por Pedro Sánchez ha dado, de nuevo, relevancia a la Ciencia al incluir un ministerio que está dirigido por el astronauta y científico Pedro Duque. Para Peña Garay esto "podría ser un buen signo, tenemos que ver cómo evoluciona". No obstante, cree que para que la ciencia "funcione" en España es necesario un "programa bien definido y a largo plazo, independientemente del Gobierno". Este debería incluir un "plan estratégico" con un esquema "para incorporar nuevos científicos al sistema que sea estable". A nivel económico, además, debería evitarse al máximo que la ciencia se vea "perturbada" por la situación nacional o autonómico. "Sé que es difícil de conseguir... Pero inicialmente los signos del nuevo Gobierno parecen buenos, iremos viendo", concluye.