Telescopi submarí

Instal·lar un telescopi en el fons del Mediterrani o a l'interior del túnel
de Canfranc (Pirineu) pot semblar una bogeria però és
la millor alternativa si es tracta de detectar i estudiar els neutrins, una de les partícules
més esmunyedisses
de l'univers

Dani Jiménez Albiac
BARCELONA

C om deia Carl Sagan, l'observació de l'espai és semblant a l'espera d'un nàufrag vora d'un immens oceà. Els astrònoms no poden experimentar directament amb les estrelles o els planetes, només poden analitzar la informació que arriba a la Terra.
Fins ara, pràcticament tota aquesta informació l'extrèiem de la llum visible o d'altres formes de l'espectre electromagnètic, com els raigs X o les radiofreqüències. Totes aquestes ones tenen una mateixa natura física i donen un enorme ventall de visió, però hi ha fenòmens que no podem estudiar fent servir aquestes ones.
Per contra, gràcies als neutrins, podem estudiar l'espai des d'un nou punt de vista. És a dir, que els neutrins ens permet veure fenòmens invisibles amb l'observació clàssica. És com si ens poséssim unes ulleres que ens permetissin veure a través de la paret.
Del neutrí en sabem poques coses. Domènec Espriu, catedràtic de física teòrica i gestor del programa nacional de física de partícules, apunta que "el neutrí és una partícula elemental que inicialment es creia que no tenia massa però ara sabem que sí que en té, i que només interacciona feblement amb el seu entorn".
L'origen d'aquestes partícules és divers. Es poden crear per l'explosió d'una supernova, els raigs còsmics topant amb l'atmosfera o qualsevol reacció nuclear a la Terra.
En el nostre planeta el gruix més important de neutrins prové del Sol. Cada segon les reaccions termonuclears del nostre astre produeixen 2x1038 neutrins, (és a dir, un 2 seguit de 38 zeros). A la Terra hi arriba una petita part d'aquest enorme flux, però és suficient perquè milers de milions de neutrins travessin en aquest precís instant el nostre cos. Nosaltres no els percebem, perquè la matèria és gairebé transparent per als neutrins; és com el vidre per a la llum. Aquesta característica té avantatges però també té inconvenients.

INTUÏCIÓ TEÒRICA
Gràcies als neutrins podem estudiar el nucli del Sol o el centre de la Terra, llocs on no podem arribar i on la llum no dóna gaire informació. D'altra banda, la poca interacció d'aquestes partícules amb l'entorn fa que sigui enormement difícil detectar-les. Per això, després de la predicció teòrica del neutrí, van fer falta 25 anys per aconseguir la primera detecció pràctica d'aquestes partícules elementals.
L'any 1931 Wolfgang Pauli volia explicar la discrepància energètica que hi havia en la desintegració beta (l'emissió d'un electró per part d'un nucli radioactiu). El problema era que l'energia de l'àtom inicial, abans de la desintegració, era superior a la dels components al final del procés, és a dir, sobrava energia. Aquest fet violava un principi fonamental de la física: la conservació de l'energia. Tothom recorda que l'energia ni es crea ni es destrueix només es transforma. Pauli va introduir aleshores una nova partícula amb l'energia sobrera. Tenia càrrega neutra, com el neutró, però era molt més petita, per això el físic italià Enrico Fermi la va batejar com a neutrí (petit neutró en italià).
Els primers detectors de neutrins eren grans tancs amb aigua prop de centrals nuclears, després va caldre incrementar el volum d'aigua i es van utilitzar mines abandonades. Per perfeccionar la detecció, calia seguir incrementant el volum i per aquest motiu es va arribar a la conclusió que la millor opció era construir laboratoris sota el mar.
El projecte europeu Km3 pretén construir un detector en el fons del Mediterrani, amb unes mides extraordinàries. L'espai cobert per aquest telescopi submarí equival a un cub amb arestes d'un quilòmetre de llarg, és a dir, que conté un milió de milions de litres d'aigua de mar.
L'objectiu d'aquests telescopis és localitzar neutrins i veure les seves característiques. Per fer-ho cal trobar una de les seves conseqüències: la llum Cerenkov. Aquesta llum és el rastre que deixen les partícules carregades quan els neutrins hi topen. Per detectar-la calen tubs fotomultiplicadors, que capten petits senyals de llum i la transformen en un senyal elèctric.

PROJECTES PILOT
Contràriament al que podria semblar, aquests tubs no estan enfocats cap a la superfície del mar, com seria lògic en un telescopi, sinó que miren cap al fons del mar. "Estan esperant el senyal dels neutrins que han travessat la Terra, que són també d'origen astrofísic, però que han tingut més temps i espai per interaccionar amb els àtoms i, per tant, produir una cascada de partícules que produeix una gran llum Cerenkov, que podem detectar", explica el professor Espriu.
Així, mentre que a l'hemisferi nord hi haurà un detector que mirarà els neutrins de l'hemisferi sud, a l'altra banda del món s'està estudiant construir l'IceCube, un projecte semblant a Km3, però situat sota el glaç del pol Sud i mirant a l'hemisferi nord. Si s'aproven aquests dos projectes es calcula que poden estar enllestits en deu anys, amb un cost de 200 milions d'euros cadascun.
A banda d'aquests projectes, actualment ja funcionen altres telescopis subterranis com Antares (vegeu simulació), a dos mil metres de profunditat davant de les costes de Marsella, i Amanda, sota el glaç de l'Antàrtida. Tots dos són projectes pilots que permeten estudiar els neutrins però també provar noves tecnologies que puguin treballar en condicions molt adverses. Cal recordar que el mar és un mitjà molt hostil i presenta problemes inesperats com la bioluminescència, animals del fons marí que produeixen llum i que compliquen les mesures.
Un altre projecte important s'està construint al Pirineu aragonès. Es tracta del laboratori de Canfranc, que també treballarà en física de neutrins i permetrà detectar neutrins i matèria fosca. Aquest laboratori subterrani està situat a l'antic túnel ferrocarril del Somport, centenars de metres per sota del cim de les muntanyes, i és ideal per evitar el soroll i la radiació externa. En aquest cas, és curiós que per estudiar millor les estrelles s'hagi d'enterrar el telescopi.