Canales populares

Un argentino desafia a Einstein

Reportaje interesante a ALBERTO ETCHEGOYEN
(Director del Observatorio Pierre Auger)


“LOS RAYOS COSMICOS PODRIAN DESAFIAR LA TERORIA DE EINSTEIN”



Pleno de entusiasmo, este físico de 57 años se enfrenta a la tarea de dirigir el nuevo Observatorio Pierre Auger, edificado en medio de la Pampa argentina para localizar y cartografiar uno de los fenómenos más elusivos del universo: la lluvia de rayos cósmicos de alta intensidad.

En el corazón de la Pampa argentina se está terminando de construir un complejo científico que promete revolucionar el mundo de la física. El Observatorio Pierre Auger de Rayos Cósmicos del Hemisferio Sur es una red tendida en un área mayor que la ciudad de París, con la misión de crear un mapa de las fuentes de alta energía que existen en el cosmos. El director de la parte argentina en este proyecto es el doctor Alberto Etchegoyen, graduado en Física por la Universidad Nacional de Buenos Aires y la Universidad de Oxford. A sus 57 años, antes de ocupar su puesto actual ha sido director de la División Nuclear Experimental de la Comisión Nacional de Energía Atómica de Argentina, científico invitado en el Fermilab y profesor de la Universidad Drexel de Filadelfia.

¿Qué es el Observatorio Pierre Auger?

– Es el megaproyecto internacional más ambicioso de su clase, que espera captar los enigmáticos rayos cósmicos de altas energías; una colaboración de 370 científicos de 16 países, incluida España, para construir un observatorio de 50 millones de dólares, que se terminará este año, aunque ya está funcionando, y que eventualmente estará complementado por un segundo observatorio en el hemisferio norte, en Colorado. El
edificio principal está cerca de la ciudad de Malargüe, mil kilómetros al oeste de Buenos Aires.


¿Es necesario todo este despliegue para captar los rayos?

– Los rayos más energéticos son tan escasos que constituyen un verdadero tesoro: caen a razón de uno por kilómetro cuadrado por siglo. Y nuestros detectores de superficie esperan a éstos y a otras lluvias con las manos abiertas. Es algo que no se ajusta a la imagen tradicional de un observatorio.

¿Es necesario todo este despliegue para captar los rayos?

– Los rayos más energéticos son tan escasos que constituyen un verdadero tesoro: caen a razón de uno por kilómetro cuadrado por siglo. Y nuestros detectores de superficie esperan a éstos y a otras lluvias con las manos abiertas. Es algo que no se ajusta a la imagen tradicional de un observatorio.

¿Cómo surgió la idea del proyecto?

– Fue idea de James Cronin, de la Universidad de Chicago, quien obtuvo el Premio Nobel por el descubrimiento de la asimetría en el comportamiento de la materia y la antimateria, y el físico Alan Watson, de la Universidad de Leeds.


¿Qué lo diferencia de otros detectores de rayos cósmicos existentes?

– El Pierre Auger podrá detectar partículas con una energía mil millones de veces más alta que la producida por el Tevatron del Fermilab, en Chicago, el acelerador de partículas más poderoso del mundo. Y las planicies de Pampa Amarilla resultan ser perfectas porque son llanas y están alejadas de la contaminación lumínica urbana. Una lluvia grande
podría ser detectada hasta por 40 de los tanques del Auger, que cubren un área comparable en tamaño a Manhattan.


¿Y el motivo del nombre de Pierre Auger?

– Es un homenaje al físico francés del siglo XIX, pionero del estudio de los rayos cósmicos y el primero en describir su comportamiento en la atmósfera.

“ Atrapar una partícula ultraenergética es casi equivalente a ganar el gordo de la lotería”

¿Por qué es tan importante conocer estas partículas?

– La naturaleza de los rayos cósmicos podría desafiar la teoría de la relatividad especial enunciada en 1905 por Albert Einstein, que explica la relación entre la masa, la energía y la luz. Asimismo, su estudio podría traer respuestas sobre la evolución, la composición de la materia oscura y, posiblemente, el origen del universo.


¿Cómo funciona exactamente el observatorio?

– Está formado por una red poligonal de 1.600 tanques cilíndricos de plástico, de 3,5 metros de diámetro por 1,5 de alto, colocados a 1,5 kilómetros uno del otro. La red cubre un área de 3.000 kilómetros cuadrados. Cada uno de estos detectores de superficie está herméticamente cerrado con una tapa; por dentro es negro y tiene una bolsa de plástico con 12.000 litros de agua ultrapura que durará en perfecto estado los veinte años de vida del observatorio, gracias a la oscuridad y hermetismo en que está guardada. Las tapas de los tanques albergan instrumentos de medición diseñados para captar la caída de los “chubascos” de partículas ultraenergéticas, que atraviesan la tapa del tanque y penetran en el agua dejando un etéreo rastro de luz que llamamos radiación Cerenkov. Por eso el agua debe ser tan pura: si tuviera polvo o partículas en suspensión, absorbería esta delicada radiación. Los sensores miden ese destello, y así podemos determinar cuál es la energía de la partícula que originó la lluvia. Un ordenador se pone entonces en contacto con los de la estación central en Malargüe, que determinan si las partículas son parte de un “chubasco” de alta energía. En ese caso, los ordenadores combinan automáticamente las mediciones para calcular la energía del rayo cósmico original que lo produjo.


¿Cuántas partículas espera detectar anualmente?

– Cazar partículas ultraenergéticas no es fácil: en treinta años de estudios con otros observatorios menores se ha logrado medir algo así como una docena de ellas en todo el mundo. Es casi equivalente a ganar el gordo de la lotería. Anticipamos que lograremos medir entre 30 y 50 partículas al año, suficientes para dibujar el primer mapa detallado de las altas energías en el cielo del sur y del norte. Estos puntos “calientes” nos darán claves para identificar las fuentes de los rayos. El mapa podría permitirnos ver por primera vez la materia oscura que se cree conforma el 80% de la masa de cualquier galaxia.

¿Es complicada la logística de mantener todos esos tanques?

– No. Cada estación es autosuficiente y opera con energía solar. Los tanques funcionan día y noche, llueva o haga sol. Están situados dentro de una escena bucólica, rodeados de pastizales y ganado, con el trasfondo de los Andes. Al principio fue cómico porque descubrimos que las vacas se comían los cables. Así que tuvimos que ponerlos dentro de unas cajas que bautizamos como PCV, o sea, Protección Contra Vacas.


Además de los tanques, tengo entendido que el observatorio tiene otros componentes.

– Sí; rodeando la red hay un segundo sistema de detección que captará el débil brillo causado por el choque de las partículas de la lluvia con las moléculas de aire durante la cascada de rayos cósmicos. Está formado por 24 telescopios que, en las noches sin luna, podrán medir esta fluorescencia creada cuando los electrones de la lluvia excitan el nitrógeno atmosférico. Cada uno tiene un instrumento llamado ojo de mosca, que es una colección de 440 sensores de luz, o fototubos, apuntando al cielo en todas las direcciones. Como cada fototubo está muy focalizado, logrará ver el “chubasco” como un trazo luminoso, medir su energía y determinar de dónde proviene.


¿Cómo miden los astrofísicos la energía de un rayo cósmico?

– Por medio de unas unidades llamadas electrón-voltios, o eV, que es la energía que adquiere un electrón cuando es acelerado por un potencial eléctrico de un voltio. En el tubo de un receptor de televisión los receptores son acelerados a una energía de alrededor de 5.000 electrón-voltios. Cuando chocan contra la pantalla, la hacen brillar.


¿Cuál ha sido el rayo cósmico de más alta energía jamás capturado?

– Los más débiles tienen menos de mil millones de electrón-voltios, que es la energía mínima que necesita una partícula para entrar en el Sistema Solar. El rayo cósmico de mayor energía captado por sensores en tierra fue de 3 x 1020 eV (un 3 seguido de 20 ceros), es decir, una partícula subatómica con una energía cinética igual a la de una pelota de béisbol moviéndose a 97 kilómetros por hora. Dicho de otra forma, si cada protón y neutrón en un pequeño virus tuviera tanta energía, el virus tendría el poder de varias toneladas de explosivos. Esa partícula asombrosa fue captada en 1991 por el Detector Ojo de Mosca de la Universidad de Utah. Desde entonces se han observado por lo menos 15 eventos similares.


Estamos hablando de una superpartícula que deja perplejo a cualquiera...

– Para darle una comparación, el acelerador de partículas Tevatron de Illinois impulsa los protones hasta cerca de un billón de electrón-voltios. La partícula observada en Utah tenía 300 millones de veces más energía que los protones en el Tevatron. Era una partícula con una energía seis veces mayor que la permitida por las teorías existentes. Dos años después, al otro lado del mundo, un detector japonés registró otro de estos “eventos imposibles”.


¿Cuáles son las grandes preguntas pendientes sobre los rayos cósmicos ultraenergéticos?

– Varias: qué está acelerando estas partículas, qué son y de dónde vienen. Tampoco sabemos cómo producen las fuentes de esos rayos su enorme energía.


¿De dónde podrían venir?

– En el pasado nos hemos preguntado si vendrían de alguna explosión cósmica muy poderosa, de colisiones entre galaxias, de estrellas púlsares, o de la materia que rodea a los agujeros negros. Una de las cosas importantes de este proyecto es que sabemos que la fuente tiene que estar cercana, a no más de 150 millones de años luz, porque si no los rayos no llegarían con semejante energía. Y cuando detectemos uno, lo que vamos a hacer es reconstruir su trayectoria yendo hacia atrás en línea recta, pues a algo que viene con tanta energía no le es fácil cambiar de dirección. Las dos fuentes, según las teorías más sólidas, son las estrellas de neutrones y las galaxias activas donde hay presentes puntos calientes o hot spots. En esas zonas de alta energía los campos magnéticos son muy fuertes y lo suficientemente grandes. Entonces se puede acelerar a energías muy altas.

¿Podrían ser los cuásares –objetos celestes muy luminosos y lejanos– la fuente de ellos?

– Uno pensaría que serían los candidatos ideales, puesto que son los objetos de más energía en el universo. Pero están demasiado lejos. Nadie de la comunidad científica cree que ninguna partícula pueda viajar más de esos 150 millones de años sin que pierda energía, a menos que sea una partícula nueva y exótica o un neutrino, que interacciona muy débilmente. Entonces nuestro mapa deberá mostrar unos cuantos de los posibles culpables: serían fuentes escondidas dentro de lo que llamamos el Grupo Local, donde se encuentra nuestra propia galaxia.


¿Y si se descubre que provienen no de una sino de varias direcciones?

– Pues ahí la cosa es distinta. Si vemos que el centro de gravedad de los rayos cósmicos de energías muy altas está relacionado con el centro de gravedad de la Galaxia, o del halo galáctico, entonces supondremos que vienen del decaimiento de partículas supermasivas del halo. Sería algo histórico, porque significaría que los rayos cósmicos podrían ser escombros o restos de partículas supermasivas de materia oscura. Pero todo esto son hipótesis. Hay quienes piensan que el proceso de aceleración de los rayos cósmicos no tiene nada que ver con los mecanismos tradicionales del movimiento de las galaxias y estrellas, y creen que la explicación podría residir en la física exótica. En este caso, un posible candidato serían los defectos topológicos en la geometría del espacio, en los cuales se rompen las simetrías del universo. Se trataría entonces de un universo lleno de los restos del Big-Bang, objetos hipotéticos cuyo colapso supuestamente podría producir rayos cósmicos ultraenergéticos. En menos de dos años lo sabremos con mucha certeza.


¿El Pierre Auger, entonces, espera hacer hallazgos históricos?

– Cualquier cosa que descubra este observatorio cambiará la ciencia de los rayos cósmicos de forma drástica. Pienso que para julio de 2007 podríamos presentar algunos resultados reales, de confianza, durante el congreso de rayos cósmicos en México.


Ángela Posada-Swafford.

Ubicacion y superficie del Observatorio



Fuente: www.muyinteresante.es
22Comentarios