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Hyper-Kamiokande, un detector de neutrinos situado en Japón, pretende revolucionar nuestro conocimiento del universo. Con tecnología de última generación y una colaboración científica a escala global, en la que se incluye España, busca desentrañar misterios como la naturaleza de la materia oscura o los secretos de las supernovas.
Si algo resulta particularmente emocionante de la ciencia es que, pese a los grandes avances y descubrimientos, por cada pieza que ponemos en el puzle del universo surgen infinidad de nuevas preguntas. Esto nos recuerda lo pequeños que somos frente a la vastedad del cosmos. Pero lejos de desanimarnos, nos impulsa a colaborar para explorar las fronteras de lo desconocido.
La construcción del detector de neutrinos Hyper-Kamiokande, en la que colaboran cerca de 600 investigadores de 22 países diferentes, es un ejemplo de este esfuerzo colectivo.
Hyper-Kamiokande: un gran detector para un gran desafío
El experimento Hyper-Kamiokande es un detector de neutrinos aún en construcción. Está ubicado en las profundidades de una montaña de los Alpes japoneses, aislado de la interferencia de otras partículas no deseadas.
Pero ¿qué son los neutrinos? Se trata de partículas extremadamente difíciles de detectar y con características bastante exóticas. Y es que apenas interactúan con la materia, tienen una masa especialmente baja y pueden cambiar de tipo o “sabor” a lo largo de su desplazamiento, fenómeno denominado “oscilaciones de neutrinos”.
Estas propiedades, por sí solas, ya hacen de los neutrinos algo único; pero, además, están involucradas en una gran cantidad de procesos físicos diferentes, por lo que suponen una pieza clave en el estudio del universo. Sin embargo, “cazarlos” es todo un desafío.
La dificultad de su detección reside en que la probabilidad de que atraviesen la materia a su paso sin interactuar con ella es muy alta. Esto hace que para estudiarlos los científicos tengamos que ponernos creativos.
Cómo darles caza
El detector Hyper-Kamiokande consiste en un tanque cilíndrico de 72 m de alto y 68 m de ancho lleno de agua ultrapura.
En realidad, la idea es bastante sencilla: sabemos que los neutrinos están atravesando la Tierra constantemente. Al colocar una cantidad muy grande de, en este caso, agua, lo que hacemos es aumentar la probabilidad de que algún neutrino sí que interactúe con alguna molécula de agua y podamos verlo.
Lo que ocurre entonces es que se generan otras partículas que al desplazarse producen luz. La superficie interna del Hyper-Kamiokande está cubierta de detectores de luz y cuando alguno se activa, sabemos que algún neutrino acaba de interactuar con el agua. Gracias a las características de dicha luz, podemos conocer la energía o la dirección del neutrino que se ha detectado.
Tecnología puntera a hombros de gigantes
Hyper-Kamiokande no surge de una idea nueva, sino que es el resultado del éxito de sus antecesores. El primer detector, el Kamiokande, confirmó la existencia de neutrinos procedentes del Sol y de supernovas. El posterior Super-Kamiokande dio evidencias de la oscilación de los neutrinos y fue galardonado con el premio Nobel por ello.
El nuevo detector de tercera generación sigue los mismos principios, pero casi duplica el tamaño del Super-Kamiokande. Esto permitirá detectar un mayor número de neutrinos y recopilar datos con mayor precisión. Los elementos electrónicos son, además, de última generación, algunos diseñados exclusivamente para este proyecto.
Un experimento de tal envergadura no solo tecnológica, sino económica, requiere de una colaboración a nivel global. Desde el ICTEA, en la Universidad de Oviedo, se ha diseñado el sistema de anulación del campo magnético terrestre en el interior del detector y ahora colaboramos con el desarrollo del software que analizará los datos una vez el experimento ya esté operativo.
Una partícula, muchas respuestas
Puede llamar la atención tanto esfuerzo solo para estudiar una partícula. Sin embargo, es la llave para comprender muchos y variados fenómenos. Naturalmente, tratándose de un detector de neutrinos, está claro que uno de los objetivos principales es el estudio con gran precisión de las propiedades de estas partículas. Aunque sabemos mucho más que hace unas décadas de ellas, aún quedan preguntas clave por contestar. Por ejemplo, no conocemos con exactitud su masa ni si son su propia antipartícula.
No obstante, las perspectivas no se quedan ahí. Los neutrinos tienen un papel crucial en muchos fenómenos astrofísicos. Otro de los objetivos principales del experimento es el estudio de las supernovas, que emiten el 99 % de su energía en forma de neutrinos.
Aunque no hace falta irse al colapso de una estrella lejana: los neutrinos también son fundamentales para comprender los procesos internos que ocurren dentro del Sol, que libera gran cantidad de estas partículas.
Es posible, incluso, que los resultados de años de observaciones en el Hyper-Kamiokande puedan mostrar evidencias de hitos para la física moderna. Así, uno de sus objetivos es buscar señales de la desintegración del protón, una partícula que hasta ahora se considera estable. Confirmar esta desintegración revolucionaría nuestra comprensión de la materia.
Otro objetivo clave es describir la naturaleza de la materia oscura. Aunque sabemos que compone gran parte del universo, aún no hemos identificado qué partículas la forman. Hyper-Kamiokande podría aportar pistas sobre esta gran incógnita.
Un futuro prometedor
La entrada en funcionamiento de Hyper-Kamiokande está prevista para 2027. Hasta entonces, científicos de todo el mundo colaboramos para garantizar el éxito de este ambicioso proyecto. Su tecnología puntera y diseño innovador representan un paso más en nuestro intento de comprender el universo.
Hyper-Kamiokande supone una ventana hacia los misterios más profundos del cosmos. Un símbolo de cómo la colaboración y la curiosidad científica pueden superar fronteras.
En los próximos años, los neutrinos podrían ayudarnos a responder preguntas que llevan siglos sin respuesta. Y aunque cada hallazgo abra nuevas incógnitas, seguiremos explorando, guiados por nuestra pasión por el conocimiento.
Sara Rodríguez Cabo recibe fondos de Ministerio de Ciencia e Innovación.