Centre especial de recerca en Astrofísica, Física de Partícules i Cosmologia: nous reptes de la investigació sobre l'origen i evolució de l'Univers
Barcelona, (04/07/2002).- L'estudi de l'Univers i la composició física de la matèria que l'omple, la immensa partde la qual és encara desconeguda pels científics, és avui dia un dels camps més competitius al front de la recercafonamental o Big Science. El coneixement sobre la matèria fosca, l'expansió accelerada de l'Univers, la radiaciócòsmica de fons, la asimetria bariònica i l'estructura de l'espai-temps són només una breu referència de lesmúltiples incògnites obertes al voltant de l'origen i evolució del Cosmos, les quals cal abordar amb projectes;científics de gran abast basats en la col·laboració entre administracions, institucions de recerca i equips d'expertsd'àmbit internacional.
Domènec Espriu, Enric Verdaguer i Eduard Salvador a la Facultat de Física
Eduard Massana, Xavier Luri, Jordi Torra, Francesca Figueras i Carme Jordi col.laboren amb el projecte GAIA de l'ESA
Per impulsar el potencial científic, la col·laboració interdisciplinària i la projecció internacional de la recerca en aquest camp, la UB ha creat el Centre Especial de Recerca en Astrofísica, Física de Partícules i Cosmologia, al capdavant del qual està el catedràtic Enric Verdaguer del Departament de Física Fonamental. Al nou CER conflueixen diverses àrees d'expertesa, tant teòriques com experimentals i observacionals, lligades tradicionalment a la recerca en astrofísica, com és la física atòmica i nuclear, l'astronomia, la cosmologia, la relativitat general, la física de partícules i d'altes energies, en les quals participen experts dels grups de recerca consolidats d'Astronomia i Astrofísica al Departament d'Astronomia i Meteorologia; de Gravitació i Cosmologia Relativistes i Sistemes Estocàstics al Departament de Física Fonamental, i de Física d'Altes Energies al Departament d'Estructura i Constituents de la Matèria.

La idea principal del Centre Especial de Recerca en Astrofísica, Física de Partícules i Cosmologia és promoure al màxim la competitivitat científica dels equips de la UB en els projectes internacionals, afavorir la integració dels coneixements en la vessant teòrica i empírica i fer front als nous reptes i exigències que formularà la investigació en el futur. 

"En el camp de la investigació en Física -comenta el catedràtic Domènec Espriu, del Departament d'Estructura i Constituents de la Matèria- la UB ha assolit un molt bon nivell, tal com ho demostra l'índex d'impacte superior a la mitjana internacional en aquest camp. En general, al país hi ha molts bons grups teòrics, però falta una certa tradició en física experimental, sobretot en temes del hardware, equipaments, etc. El nou CER, que concentra el potencial i l'expertesa d'investigadors de la UB en astrofísica, física teòrica, relativitat, etc., vol potenciar i afavorir la col·laboració en fronts del coneixement que són diferents però que conflueixen en un mateix objecte d'estudi, l'Univers. En aquesta línia, s'han anat desenvolupant des de fa temps línies de recerca --observació de raigs gamma d'alta energia, física de neutrinos, raigs còsmics-- a mig camí entre la física tradicional d'altes energies i l'astrofísica, d'alta complexitat i difícilment abordables per especialistes d'un sol camp. Pel que fa a la física d'altes energies, aquesta és una via d'estudi de l’estructura de la matèria que ve a complementar la realitzada tradicionalment amb grans acceleradors de partícules a centres com l'European Organization for Nuclear Research (CERN). Des del punt de vista de l'astrofísica, els avenços en els camps de la física de partícules i de la relativitat són també de gran importància per comprendre millor l'origen i evolució de les galàxies i de l'Univers en general. Es tracta d'un àmbit d'investigació altament competitiu que està sent prioritzat al país mitjançant els Programes Nacionals d'Astronomia i Astrofísica, de l'Espai i de Física de Partícules i Grans Acceleradors del Ministeri de Ciència i Tecnologia (MCYT)". 

La major part dels avenços dels conceptes teòrics en Astrofísica es fonamenten en modelitzacions semianalítiques i simulacions numèriques que requereixen càlculs intensius i que maneguen nombres ingents de dades empíriques. La capacitat dels ordinadors i els mètodes actuals de tractament, anàlisi i reducció de dades numèriques imposen doncs un límit important al progrés del coneixement en aquest camp; recíprocament, la recerca d’avantguarda és un estímul per a la innovació tecnològica al sector. De fet, participar en el desenvolupament i control de la tecnologia i dels equipaments és un factor clau per tenir accés a la informació i a les dades científiques que en resulten. 

"En aquesta línia cal destacar -comenta el catedràtic Eduard Salvador, director del Departament d'Astronomia i Meteorologia- que un equip de la UB està dissenyant a l'actualitat la base de dades astromètriques del projecte GAIA de l'European Space Agency (ESA), un projecte de referència en astrometria i astrofísica que aportarà paràmetres de precisió sense precedents de mil milions d'objectes de la nostra galàxia i del Grup Local. En concret, és el grup coordinat pel professor Jordi Torra, designat fa dos anys per l'ESA per dissenyar el sistema fotomètric de GAIA, un projecte en el qual també participa el Centre de Supercomputació de Catalunya (CESCA) i el Grupo Mecánica de Vuelo (GMV)". Gestionar de forma eficient el volum de dades que això representa --de l'ordre dels 10-20 terabytes d'informació en brut-- és un dels grans reptes metodològics i tècnics als quals s'afronten els experts de la UB que participen a la missió espacial. 

El projecte SETI (Search for ExtraTerrestrial Intelligence), impulsat per la National Aeronautics and Space Administration (NASA) per estudiar l'origen i distribució de la vida al Cosmos --en especial, la detecció de vida intel·ligent extraplanetària-- va ser fa anys un primer desafiament tecnològic de gran abast, clau per impulsar una potent xarxa informàtica per aprofitar la capacitat de càlcul i anàlisi dels equipaments informàtics disponibles. En un context més actualitzat i dins el món de la recerca en física de partícules, el projecte GRID del CERN defineix avui dia els futurs horitzons d'una xarxa tecnològica d'abast internacional, disponible per al col·lectiu d'experts. GRID és una ambiciosa aposta tecnològica en computació i tractament de la informació, que establirà les bases d'una xarxa computacional de nova generació per tractar dades en quantitats massives i fer-les accessibles a la comunitat científica internacional. La iniciativa sorgeix en previsió del volum d'informació generada pel Large Hadron Collider (LHC), el futur l'accelerador de partícules del CERN que es completarà el 2007. Segons les previsions, serà la font d'uns 10 milions de gigabytes de dades per any, accessibles a un circuit de 10.000 físics de partícules de tot el món. 

Els avenços tecnològics aplicats a la recerca astrofísica són també la base per millorar les dades observacionals, que són contrastades amb els postulats teòrics per obrir pas a les noves visions científiques de l'Univers. La revista Science anunciava el juny del 2000 una fita de la recerca astrofísica a la UB: la descoberta del primer microquàsar amb emissió de raigs gamma d'alta energia a la Via Làctia per l'equip del professor Josep M. Paredes, una primícia sobre noves fonts de radiació gamma no identificades fins aleshores a la Via Làctia, i constituïdes per una estrella binària de raigs X i una font de raigs gamma d'alta energia. 

Amb una visió dirigida a les investigacions futures, "la detecció d'ones gravitacionals -explica Enric Verdaguer, responsable del nou centre especial de recerca- serà un dels camps on es preveu un major impacte científic i tecnològic a l'Astrofísica els pròxims anys. Aquest és l'objectiu del Projecte LISA (Laser Interferometer Space Antena), impulsat per l'ESA i la NASA i en el qual també participen la UB i l'Institut d'Estudis Espacials de Catalunya (IEEC). LISA desplegarà un gran detector d'ones gravitacionals en fonts astrofísiques de sistemes galàctics i extragalàctics, a fi de mesurar les distorsions produïdes per la radiació gravitacional. Estarà integrat per tres satèl·lits en òrbita heliocèntrica, en forma de triangle equilàter de 5 milions de km de costat, amb la tecnologia adient per mesurar distàncies de separació de l'ordre inferior al tamany de l'àtom. Està previst que el projecte s'iniciï el 2005, i els satèl·lits serien enviats a l'espai el 2010 ". No detectades de forma directa, les ones gravitatòries interaccionen de forma molt feble amb la matèria; són un dels pilars teòrics per al coneixement de l'Univers i de les lleis fonamentals de la física, i contribuiran a verificar prediccions fonamentals de la Relativitat General i a obrir una nova finestra dins de l'astronomia observacional. 

La raó de l'expansió accelerada de l'Univers (descoberta recentment per dos equips internacionals en els quals hi participa Pilar Ruíz-Lapuente del Departament d'Astronomia i Meteorologia) i la composició de la massa fosca (que es manifesta com la diferència entre la matèria observada a l'Univers i la que hi és realment present, detectada mitjançant els seus efectes gravitatoris) són algunes de les grans incògnites de la física actual, a la frontera del nostre coneixement de la matèria i la seva composició, i que ben segur progressarà a la llum de les dades més novedoses sobre física de partícules i relativitat. Un altre gran desafiament de la física actual és arribar a comprendre l'origen de la violació de CP (simetria de càrrega i paritat) en mesons B. L'experiment LHCb, en el qual participen també experts de la UB, avança en aquesta direcció del coneixement, i està destinat al nou accelerador LHC que s'instal·larà el 2007 al CERN per analitzar la violació de CP, un exòtic procés del món de la física relacionat amb la asimetria bariònica de l'univers, la naturalesa de l'antimatèria, etc. 

Una altra de les prioritats del nou CER a la UB és actuar com un autèntic pol de referència de la recerca astrofísica a tot Catalunya, potenciant les iniciatives d'investigació dins l'Institut d'Estudis Espacials de Catalunya (IEEC), un consorci constituït per la UB, la UPC, la UAB, el CSIC i la FCR, en el qual les investigacions dutes a terme per membres de la UB juguen un paper destacat. Pel que fa a la recerca en l'àmbit de Catalunya, la UB ha liderat els estudis sobre la contaminació lumínica, un fenomen cada cop més freqüent a les urbs amb efectes directes sobre l'atmosfera, l'entorn natural i l'observació astronòmica. Abordada per l'equip de Jordi Torra i David Fernández-Barba a la UB i experts de la UPC, la línia de treball ha estat la base de la Llei sobre contaminació lumínica, aprovada el 2001 pel Parlament de Catalunya. La construcció del futur observatori astronòmic català al Montsec --una de les prioritats en l'agenda científica de l'Astronomia a Catalunya-- és un projecte que també compta amb la participació destacada d'experts de la UB, els quals han determinat la localització més adient de les instal·lacions, un cop analitzades les millors condicions del cel nocturn per a l'observació astronòmica a tot Catalunya. 

Finalment, impulsar la presència institucional de la UB en projectes científics amb empreses tecnològicament avançades de tot l'àmbit nacional i internacional també descriu una de les línies estratègiques del nou CER, una línia d'acció en la qual es participa avui dia amb exemples com ara el projecte del telescopi mil.limètric ALMA (Atacama Large Millimeter Array), un equipament d'alta sensibilitat per conèixer la naturalesa dels components de l'Univers.