ROSA M. TRISTÁN

Estratos_Nº 115. PDF 

Sólo hay una docena de lugares en la Tierra comparables al Laboratorio Subterráneo de Canfranc, un puñado de recónditos espacios en los que es posible conseguir el ‘silencio cósmico’. Es la condición necesaria para llevar cabo sofisticados experimentos de la denominada física de Astropartículas. En otras palabras, para tratar de resolver algunas de las grandes preguntas que traen de cabeza a los investigadores de medio mundo: ¿qué es la materia oscura que compone un cuarto del Cosmos y que no vemos? ¿cómo son esas partículas llamadas neutrinos que nos atraviesan y somos incapaces de atrapar?

El Laboratorio Subterráneo de Canfranc (LSC) está situado en las cercanías de la estación de esquí pirenaica de Huesca, enterrado bajo monte de pura roca, el Tobazo, que es muy apreciado por escaladores y cabras montesas. Hasta allí viajan cada año, de media, 300 científicos de una veintena de países que escapan así del ‘ruido’ que genera la radiactividad cósmica y que sólo calla en escogidas cavidades bajo tierra. En lo que fue un túnel ferroviario hasta los años 80 del siglo pasado, desarrollan en la actualidad siete proyectos que buscan respuestas en el corazón de los Pirineos aragoneses. “Es un lugar excepcional para ampliar nuestro conocimiento sobre cuestiones claves como la expansión y el origen del Universo”, apunta Luciano Romero, del CIEMAT (CSIC), miembro de uno de los equipos que precisan de este peculiar laboratorio.

La física de «sucesos raros»

Para hacer historia de LSC, hoy perteneciente a un consorcio del que forman parte el Ministerio de Economía y Competitividad, el Gobierno de Aragón y la Universidad de Zaragoza, hay que remontarse tres décadas atrás, cuando la física de Astropartículas se denominaba ‘física de Sucesos Poco Probables o Sucesos Raros’; el nombre tenía su razón de ser: estudia eventos que se producen muy excepcionalmente en la Naturaleza, y por tanto muy complejos de estudiar. Y sin embargo, asegura Romero, son fundamentales “para ampliar el conocimiento del pasado y del futuro”.

Entre estos eventos están los que implican a los neutrinos, partículas cuya existencia se descubrió a mediados del siglo XX, pero tan esquivos que aún se desconocen sus propiedades. La dificultad de su estudio estriba en que, si bien cada pequeña parte de materia es atravesada por miles de millones de neutrinos provenientes del espacio exterior, tan sólo uno de ellos por millón interacciona con un átomo. Además, las últimas hipótesis señalan que esta partícula podría coincidir con su anti-partícula (la anti-materia).

Todo ello pone en evidencia la dificultad que entraña detectarlos y caracterizarlos, objetivo que precisamente está en el origen de la creación del LSC dentro del Monte Tobazo, situado en la frontera entre España y Francia.

Buscando neutrinos…

Los primeros pasos los dio un grupo de físicos de la Universidad de Zaragoza. Habían realizado unas pruebas para la búsqueda de neutrinos en un laboratorio subterráneo en Francia (el Laboratorio de Modane), construido en el túnel abandonado de una carretera. El actual director adjunto del LSC, José Ángel Villar, formaba parte del equipo. “La señal que emiten estas partículas es tan débil que cualquier interferencia de radiactividad impide detectarla. Los rayos cósmicos, los materiales e incluso nosotros mismos emitimos radiactividad, así que solamente en lugares subterráneos que hagan de pantalla o muro, puede reducir ese ‘ruido’ hasta niveles aceptables para nuestras investigaciones. Por ello existen estas instalaciones y por ello nos trasladamos a Francia. Pero cuando regresamos comprobamos que necesitábamos realizar más pruebas y decidimos buscar un lugar en España que fuera propicio sin necesidad de viajar al extranjero”, recuerda.

En un principio, aquel grupo de jóvenes físicos, bajo la batuta del fallecido catedrático Ángel Morales, se inclinó en utilizar para sus experimentos unas cuevas de sal que hay en el municipio zaragozano de Remolinos, pero no reunían condiciones. Entonces recordaron aquel túnel ferroviario que cruzaba el monte Tobazo para enlazar con Francia y que llevaba en desuso 15 años. “Es un túnel de unos siete kilómetros que tiene encima 850 metros de roca. Las pruebas nos indicaron que allí dentro las partículas radiactivas, los muones de los rayos cósmicos, se reducen en un factor de entre 80.000 y 100.000 veces respecto a las que hay al aire libre. Era un lugar perfecto para nuestro experimento”, comenta Villar.

En realidad, la profundidad de este tipo de instalaciones subterráneas se mide por metros de agua, aunque estén bajo tierras, y según este criterio internacional, el túnel del Tobazo estaba a 2.400 metros de agua de profundidad, más que suficiente para evitar indeseables interferencias llegadas desde el espacio exterior y el terrestre. El más ‘profundo’ del mundo, en Canadá, está a 6.000 metros.

Tras solicitar los permisos correspondientes al Ministerio de Transportes, en 1986 los investigadores instalaron en el interior un primer laboratorio aprovechando un pequeño espacio lateral del túnel y comenzaron a obtener unos resultados “razonablemente aceptables”, en palabras del catedrático. Pronto se supo entre la comunidad científica internacional que había un nuevo lugar donde ir a practicar la física de astropartículas, y comenzaron a enviar solicitudes a los investigadores de Zaragoza y a publicar resultados científicos relevantes.

Ante esta demanda, y tras más de una década funcionando con precariedad de medios y espacio -una caseta les servía de cobijo en el exterior y apenas se utilizaban 12 metros cuadrados en el interior-, en 2003, el grupo de Física Nuclear y Astropartículas logró que se decidiera construir el actual Laboratorio Subterráneo de Canfranc, en una galería nueva que se encuentra entre el viejo túnel ferroviario y el túnel para una carretera (el de Somport) que se había construido la década anterior. En total, con una inversión de 3,7 millones de euros, se multiplicó por 16 su superficie dedicada a la ciencia dentro de la montaña, hasta los 1.600 m2, y por 50 su volumen, excavando una nueva sala abovedada de 600 m2. Para las obras, hubo que tener especial cuidado para que los materiales utilizados no incrementaran la mínima radiactividad de la cavidad.

Diez años en marcha

Este nuevo LSC se inauguró oficialmente en marzo de 2006, pero posteriores defectos en su cobertura impidieron que se pusiera en marcha hasta 2009. Ese año, comenzaron a llegar los primeros proyectos científicos sobre neutrinos y, posteriormente, sobre materia oscura, geodinámica e incluso biología. En definitiva, trabajos que requieren ‘limpieza’ de radiactividad. “En la actualidad, además de la instalación en el túnel, el LSC cuenta con un edificio con despachos y laboratorios en Canfranc. El futuro de la instalación está asegurado porque hace unos meses se renovó por otros seis años el consorcio que garantiza los fondos que se requieren para mantener las instalaciones y el personal, que son 12 trabajadores”, apunta Villar.

Las solicitudes de científicos que necesitan del LSC, hasta el momento, no han parado de llegar. Un comité científico, reunido cada seis meses, asesora al comité ejecutivo y al consejo rector sobre aquellas propuestas que son susceptibles de necesitar de la instalación, calificada como una de las Infraestructuras Científico y Técnica Singulares del país y que está considerada la tercera más profunda de Europa, después de la de Francia (Modane) y otro laboratorio subterráneo en los Apeninos italianos (Gran Sasso).

Para Villar, que en tan pocos años haya conseguido situarse entre los laboratorios mejor considerados, es una gran noticia. “No somos el CERN, pero tenemos instrumentos muy sofisticados y no hemos parado de crecer desde su apertura”, asegura. Los siete proyectos en marcha -ha habido uno más, sobre viabilidad de unos materiales, que ya terminó- son un ejemplo de las diferentes posibilidades científicas que tiene el LSC.

Desde su grupo de la Universidad de Zaragoza, se inició en 2008 el proyecto ANAIS para la búsqueda de la materia oscura, ese misterioso 25% del Universo del que se buscan partículas y que puede encerrar el misterio de dónde venimos y hacia dónde vamos. ANAIS utiliza la modulación anual del ritmo de interacciones en unos cristales de yoduro de sodio, un material que produce pequeños destellos cuando una partícula interactúa con él y deposita su energía. De momento, no han encontrado nada “pero son trabajos que requieren muchos años”, recuerda el científico.

Paralelamente, la Universidad de Zurich (Suiza), trabaja también en el mismo túnel con otro proyecto, ArDM, que también quiere detectar esta materia oscura, pero utilizando argón líquido con un detector que se está montando ahora. En este caso, utilizan una toneladas de argón líquido para tratar de detectar alguna señal de la materia oscura, alguna interacción. “Tampoco hemos encontrado nada aún, pero tener resultados negativos también nos permite mejorar la detección. Si ha habido unos 20 sucesos, pero todos tienen que ver con el fondo radiactivo, no con la materia oscura”, reconoce.

Una cámara de 100 kilos de gas

Como no podía ser menos, los neutrinos que llevaron a crear el LSC también son objeto de búsqueda en Canfranc, en este caso dentro del proyecto NEXT, en el que participan 80 científicos de diferentes instituciones internacionales y nacionales. Se enfoca a descubrir si un neutrino es, a la vez, una partícula y su antipartícula, lo que explicaría por qué el Universo está hecho de materia y no de antimateria, que en teoría también se creó en el momento del Big Bang. Para ello, NEXT, aún en fase de instalación, empleará una cámara de 100 kilos de gas xenón enriquecido.

Otros dos proyectos en marcha destinados a estas inivisibles partículas son BiPO, de un equipo francés, y Super K-GD, éste último en colaboración con científicos japoneses del conocido observatorio subterráneo de Kamioka (Japón), el lugar donde se descubrieron las primeras oscilaciones en neutrinos que proceden de colisiones de rayos cósmicos en la atmósfera. De momento, en Canfranc se están realizando experimentos complementarios sobre materiales que son necesarios en Kamioka.

Pero no tiene que ver con las astropartículas en el laboratorio pirenaico. Y es que, además de ser casi inmune a las radiciones, está ubicado en una de las zonas sísmicas más activas del oeste de Europa, en la franja Pirenaica que marca el límite entre la placa Europea y la micro placa Ibérica. Es un sitio perfecto para monitorizar, como se hace con el proyecto Geoodyn, la actividad sísmica y las deformaciones que produce.

La última área de investigación en aterrizar en Canfranc ha sido la Biología, gracias a los investigadores del proyecto Gollum, que han iniciado una excavación en la roca en busca de una posible existencia de vida microbiana a gran profundidad.

Villar es optimista respecto a lo que puede suponer este antiguo túnel ferroviario para la ciencia: “De momento no hay resultados de ninguno de estos trabajos, porque casi todos son proyectos en los que los plazos son de varios años para la recogida de datos, pero nuestro reto es que algún experimento encuentre en el LSC algo que sea relevante a nivel mundial y sabemos que ello llevará tiempo”.

Por lo pronto, seguirá creciendo. Ya está prevista la instalación de un pequeño acelerador para el estudio de procesos nucleares…. El túnel del ‘silencio cósmico’ …