(ISRAEL SÁNCHEZ. REFORMA)
Al fondo del Laboratorio de Detectores del Instituto de Ciencias Nucleares (ICN) de la UNAM, un dispositivo en apariencia sencillo y de menor tamaño que un horno de microondas ha sido diseñado para contribuir al entendimiento del origen del universo.
En realidad es todavía un primer esbozo, un prototipo para un identificador de muones (MID, por sus siglas en inglés), que aunque por ahora está detectando rayos cósmicos, su objetivo son las colisiones de iones pesados en el Centro Europeo de Investigaciones Nucleares (CERN), específicamente en el experimento ALICE, donde ya fue probado con éxito.
“Fue hecho para que pudiéramos transportarlo; como es algo pequeño, es fácil de llevar, y también la forma en que lo construimos permitió desarmarlo y rearmarlo allá. Porque lo tuvimos que llevar por avión”, cuenta Antonio Paz, parte de los estudiantes que han desarrollado el prototipo y que en octubre pasado viajaron a Ginebra, Suiza, para probarlo.
“Una vez que fuimos allá, hubo muchas pruebas que hacer; fue un trabajo muy intenso”, admite quien se encuentra en la última fase para obtener su doctorado en física de altas energías.
Y es que en el CERN, donde incluso es necesario aprobar diferentes cursos antes de poder acceder al área donde se prueban los detectores con el haz del Gran Colisionador de Hadrones (LHC), los estudiantes trabajaron las 24 horas los siete días de su estancia, montando tres turnos para aprovechar al máximo tal oportunidad, como relata Antonio Ortiz, el físico al frente del grupo.
Los resultados de éste y otros trabajos fueron presentados a Marco van Leeuwen, vocero del experimento, durante el pasado ALICE Mexico Day, celebrado en el ICN y el Instituto de Física (IF) de la Máxima Casa de Estudios el 25 de noviembre.
“Ahora tengo una linda imagen de todo lo que está pasando aquí en México, de lo que se ha hecho, y cuáles son los planes a futuro”, destaca en entrevista con REFORMA Van Leeuwen, diciéndose impresionado luego de escuchar tanto a la gente de la UNAM como del Centro de Investigación y de Estudios Avanzados del Instituto Politécnico Nacional (Cinvestav) del Politécnico nacional, de la Benemérita Universidad Autónoma de Puebla (BUAP) y de la Universidad Autónoma de Sinaloa (UAS), que también colaboran en todo esto.
El País lleva más de dos décadas participando en ALICE a través de este tipo de organización interinstitucional, que el físico de partículas Gerardo Herrera Corral, académico de Cinvestav y pionero de esta colaboración, ha definido como “sin precedentes en la física de altas energías en México”.
“Por supuesto, sería muy importante mantener esta colaboración, mantener la participación de México para los próximos 10 años o más”, remarca Ortiz, de cara a la fase 3 de actualización de ALICE, o ALICE-3, para la cual están desarrollando el detector MID.
“México es lo suficientemente grande y desarrollado como para no perderse de estas aventuras universales”, sostiene, por su parte, el físico experimental Arturo Menchaca. “Son, por supuesto, muy costosas, pero México no puede perderse esto”.
Pero… ¿de qué se trata?
El propósito de ALICE, siglas en inglés para Gran Experimento Colisionador de Iones, es estudiar a detalle la materia en condiciones extremas de temperatura y densidad, tal como era en los primeros instantes del universo, luego de la violenta explosión que conocemos como Big Bang.
Los aceleradores de partículas permiten recrear esas características del universo temprano, haciendo chocar iones pesados a muy altas energías, como se hace en el LHC, el acelerador más poderoso del mundo.
“Básicamente, con energías muy altas colisionamos núcleos atómicos, y se funden en lo que podríamos llamar una sopa primordial. Ésta es la materia del universo en los primeros microsegundos después del Big Bang”, detalla Van Leeuwen, investigador en física experimental de partículas.
Esa sopa primordial es conocida como plasma de quarks y gluones -dos tipos de partículas elementales-, y poder recrear tal estado de la materia, muy caliente y densa, constituyó una meta para ALICE desde un inicio.
Hoy, cerca de 15 años después de las primeras colisiones del experimento, los investigadores tienen mucha certeza de haberlo conseguido.
“Creo que definitivamente hemos producido este nuevo estado de la materia. Pero es sorprendentemente difícil obtener una evidencia (directa)”, refiere el físico de Países Bajos, precisando que el desafío está en que todo el proceso se da de forma fugaz y a una escala no milimétrica ni nanométrica, sino femtométrica; del orden de 10^-15 metros.
“Todo lo que podemos medir es de forma indirecta. Este plasma se desintegra y se convierte en partículas que llegan a los detectores; entonces, el truco es partir de las partículas resultantes para entender lo que ocurrió en la colisión”.
Aquí es donde el detector MID, que se desarrolla en México, podría tener un aporte muy valioso.
Y es que los muones que el dispositivo pretende identificar (mu+ y mu-) surgen del decaimiento de J/Psi, que es un estado donde se ligan un tipo de quark conocido como “encanto”, o quark c -por charm-, y su equivalente en antimateria, el antiquark c.
Una forma de entender esto es a partir del hecho de que es imposible que los quarks se encuentren en estado libre; es decir, siempre están confinados dentro de partículas compuestas.
Sin embargo, en esas primeras etapas posteriores al Big Bang, o por las colisiones producidas por aceleradores, habría estados de “libertad asintótica”, donde la fuerza fuerte que mantiene unidos a los quarks disminuye lo suficiente como para permitirles existir temporalmente como partículas libres en el plasma.
“El estado J/Psi vive por un corto tiempo, y sólo vemos los productos de su decaimiento. Debido a la presencia del medio (el plasma de quarks y gluones), esperamos que aparezcan modificaciones en el número de J/Psi esperados, y esta es una señal clara del desconfinamiento (de los quarks). Para ello, en ALICE-3 es muy importante tener un detector de muones. Nuestro detector serviría para reconstruir J/Psi en reposo”, expone Ortiz.
“Sería la primera vez que México se haría responsable de un dispositivo que, más allá de hacer la caracterización de las colisiones, sería capaz de medir observables sensibles al plasma de quarks y gluones”, subraya el físico del ICN, coautor de más de más de 300 publicaciones científicas relacionadas con ALICE.
Quienes desarrollan los prototipos de este detector ya tienen en la agenda otra prueba con haz en el CERN para el próximo verano, con la intención de mejorar el dispositivo cuya versión última deberá abarcar un área de 360 metros cuadrados hacia el final de esta década.
En tanto, los científicos involucrados con ALICE, donde actualmente hay 10 detectores operando, y tiene una colaboración de alrededor de mil personas de 40 países, esperan seguir avanzando en la comprensión de diferentes aspectos observados ya no sólo en la colisión de iones pesados, sino de protones con otros protones, que también produciría esa sopa primordial.
“Nunca se sabe lo que se va a encontrar”, enuncia el vocero de ALICE, quien no espera que pueda haber un gran anuncio próximamente. “Pero eso nos mantiene siempre abiertos a la sorpresa”.
Inversiones de alto valor
“Ésa es una pregunta que no tiene una buena respuesta”, dice, entre risas un tanto nerviosas, Van Leeuwen al cuestionarle si ALICE se ve afectado por temas presupuestales.
“Por supuesto, siempre te gustaría hacer más”, agrega de inmediato el vocero del experimento, quien había venido a México sólo una vez hace 20 años, cuando aún era estudiante de doctorado.
Algo que resulta muy afortunado, a decir suyo, es el gran número de países colaborando, algunos de los cuales tienen un panorama mejor que otros.
“En este momento las cosas van bien, diría yo, pero estamos hablando constantemente con todos los países para asegurarnos de que las actividades sean apoyadas puesto que este es un trabajo a largo plazo”, señala Van Leeuwen.
“Actualmente en México ha sido un poco difícil el financiamiento a la ciencia, tengo entendido, y también en otros países. Varía mucho de un país a otro”.
En el caso de Ortiz y su grupo, además del apoyo constante de la UNAM para cubrir los gastos de su participación, también llegaron a recibir alguna subvención de parte del Conacyt -todavía sin la H de Humanidades, Conahcyt, hoy Secretaría de Ciencia, Humanidades, Tecnología e Innovación-, mismo que esperan poder renovar.
Al igual que con la industria espacial, un proyecto como ALICE también llega a recibir críticas y cuestionamientos por la gran suma de dinero y esfuerzo que implica, mientras existen un sinnúmero de problemáticas urgentes en el mundo.
Y entre las respuestas que Van Leeuwen suele dar a ello, además de para satisfacer la curiosidad humana ante preguntas trascendentales y el desarrollo de nuevas tecnologías con numerosas aplicaciones, está que esto sirve para formar a profesionales en los ambientes más sofisticados que existen.
Prototipo de identificador de muones desarrollado en la UNAM. Crédito: Óscar Mireles
Al respecto, Ortiz pone como ejemplo a su estudiante, Antonio Paz, que no sólo es un experto en simulación Monte Carlo -técnica de cómputo para simular procesos físicos- para colisiones de altas energías, sino que ya también se ha desenvuelto como creador de detectores, con la mencionada experiencia de haber hecho pruebas directamente en el CERN.
“Entonces, es un perfil muy atractivo no solamente para la academia sino también para la industria. Se producen recursos humanos de alto valor”, recalca Ortiz.
“Definitivamente, es un gran honor poder participar, estar dentro de este grupo de personas que estamos tratando de desarrollar un equipo que también le dé otros beneficios a México. No solamente es el asunto de incidir en la investigación, sino que eso también se puede luego extrapolar a otro tipo de aplicaciones”, reitera, por su parte, Paz, que este 2025 estará de vuelta en una de las infraestructuras científicas más complejas e importantes del mundo.
Marco van Leeuwen, Antonio Ortiz y Antonio Paz en el Laboratorio de Detectores del Instituto de Ciencias Nucleares de la UNAM. Crédito: Óscar Mireles