Cuando estudias el cosmos hasta qué tipo de cables utilizas es importante

El avance de la ciencia solo ha sido posible con el avance de la tecnología que hace posibles experimentos cada vez más sensibles y precisos. Esta tendencia continúa a día de hoy llegando incluso a la necesidad de utilizar cableado especialmente diseñado para cada aplicación.

El avance de la ciencia ha ido de la mano de una mejora de la precisión de nuestros experimentos. Los fenómenos que son evidentes en sí mismos ya fueron estudiados por los primeros filósofos y pensadores: la madera flota, el fuego calienta y la lluvia moja. A partir de ahí, ha hecho falta desarrollar instrumentos cada vez más precisos y sensibles para percibir ciertos fenómenos o para distinguir un comportamiento de otro. Newton estudió la luz construyendo los mejores prismas de toda Europa, Cavendish midió la masa de la Tierra gracias a su meticulosidad y Michelson y Morley pudieron descartar el éter por su refinado experimento. A día de hoy esta tendencia continúa y necesitamos enfriar los electroimanes del LHC para que funcionen correctamente o construir telescopios cada veces más grandes y pulidos (y lanzarlos al espacio) para ser capaces de detectar las primeras galaxias o la composición química de la atmósfera de planetas situados a años luz de distancia.

En estos experimentos, cada pieza del instrumento que los hace posibles debe ser cuidada hasta el más mínimo detalle. Esto por supuesto no es exclusivo de la astrofísica o de la física de partículas, ni siquiera de la ciencia. Si intentas escuchar la radio y recoges interferencias puede ser por dos motivos: porque la señal no es suficientemente intensa o porque tu dispositivo introduce demasiado ruido. Y en ambas lo que importa es lo mismo: la diferencia entre la señal que quieres medir y el ruido de fondo provocado por todo lo demás. Para aumentar esa diferencia puedes acercarte a la fuente emisora o reducir el ruido. En astrofísica acercarnos a la fuente emisora resulta complicado especialmente si está a millones de años luz de distancia, por lo que debemos mejorar cada pieza de nuestros instrumentos.

Si conoces a alguien que se dedique profesionalmente a la música, especialmente alguien que toque un instrumento amplificable (como una guitarra o un bajo, por nombrar los más populares), podrá explicarte la importancia de utilizar buenos cables. Para que tu instrumento suene exactamente como tú lo quieres hacer sonar, el cableado es un detalle a considerar. Los modelos más baratos introducen demasiado ruido e imperfecciones, que acaban saliendo por los amplificadores. Algo equivalente ocurre en ciencia.

En un estudio de grabación, la insonorización sirve para aislar al estudio del exterior y de cualquier sonido que pueda llegar desde allí. Para ciertos experimentos es necesaria cierta “insonorización” también. Los neutrinos son partículas tan elusivas que son capaces de escapar del núcleo del Sol sin interactuar con la materia que allí se encuentra y pueden atravesar nuestro cuerpo y nuestro planeta por trillones sin chocar con nada. Esto es tanto una condena como una bendición. Esa elusividad los hace el objeto de estudio perfecto, pues los que recibamos aquí provendrán directamente del interior de nuestra estrella. Los fotones que observamos provenientes de ella irremediablemente vienen de su superficie, por lo que la única forma que tenemos de estudiar el interior directamente es detectando los neutrinos que emite. Pero también dificulta enormemente esa misma detección.

Los experimentos más grandes y sensibles cuyo objetivo es observar neutrinos apenas consiguen obtener unas decenas de interacciones al año. Cualquier pequeña fuente de ruido que introduzca una cantidad de señales falsas similar deberá ser eliminada. El primer paso es situar el detector de neutrinos bajo tierra, bajo agua o incluso bajo hielo. En Ontario, en Canadá, se construyó un observatorio de neutrinos en una mina de níquel abandonada a más de un kilómetro de profundidad. El experimento IceCube se encuentra bajo más de un kilómetro del hielo que cubre el polo sur. Bajo las aguas del mediterráneo ha funcionado durante más de una década el experimento ANTARES, que ahora se está ampliando con el KM3NeT, que añadirá estaciones junto a la costa de Sicilia, en Italia y junto al Peloponeso, en Grecia.

Otro paso es hacer los detectores utilizados y todo el material que los comunica con el exterior, lo más libres de ruido posibles. Eso incluye a los cables. La propia radiactividad natural presente en los materiales utilizados para construir estos cables puede introducir señales de ruido comparables a la propia señal a detectar. Eliminar las impurezas radiactivas resulta clave para garantizar el éxito de este experimento. Un nuevo desarrollo del Departamento de Energía de Estados Unidos en colaboración con la empresa privada Q-Flex ha conseguido precisamente esto. Estos cables se han limpiado de impurezas en un laborioso proceso donde a cada paso de la producción se eliminaban más de ellas, hasta hacerlos aptos para los experimentos de neutrinos y de materia oscura [La materia oscura no es una teoría] de última generación. Han conseguido niveles de radiactividad en los cables unas cien veces menores que los que se utilizan normalmente.

Estos experimentos buscan sucesos extremadamente raros. Aquellos que buscan materia oscura buscan la interacción de algún tipo de partícula hipotética con la materia ordinaria. Esta interacción no ocurre por medio de la interacción electromagnética, pues eso es precisamente lo que da a esta materia el calificativo de “oscura”, por lo que probablemente requiera de una interacción de muy corto alcance y muy poca intensidad. Por otro lado, los experimentos que estudian neutrinos buscan lo que se conoce como desintegración doble beta sin neutrinos. Esta desintegración ocurriría cuando dos neutrones de un núcleo inestable decaen casi simultáneamente y entre los productos observamos dos electrones y ningún neutrino. Esto solo puede ocurrir si el neutrino funciona como su propia antipartícula. Estos eventos, de producirse, serán extremadamente raros y por eso necesitamos este nivel de precisión para estudiarlos.