Als anys 70, tot i la Guerra Freda, els nord-americans i els soviètics van col·laborar per planificar un primer detector de neutrins en aigües profundes a la costa de Hawaii. Però quan la Unió Soviètica va envair l’Afganistan, van expulsar els soviètics del projecte. Així doncs, el 1980, l’Institut de Recerca Nuclear de Moscou va posar en marxa el seu propi projecte de telescopi per a la detecció de neutrins, dirigit per Domogatski. Saltava a la vista el lloc on s’havien de fer les proves, tot i que era a uns 4.000 quilòmetres: el Baikal. El projecte no havia anat gaire més enllà de la fase de planificació quan es va produir la caiguda de la Unió Soviètica, que va sumir la ciència russa en el caos. Però un institut dels afores de Berlín, que aviat va passar a formar part del centre alemany d’investigació de partícules DESY, es va incorporar al projecte del Baikal. Christian Spiering, que dirigia l’equip alemany, recorda que enviava quilos de mantega, sucre, cafè i salsitxes a les expedicions hivernals que es feien al gel del Baikal. També va entregar milers de dòlars en efectiu per complementar els migrats sous russos. Com recorda Spiering, quan un fabricant d’electrònica lituà es va negar a acceptar els rubles, un dels físics va negociar com a pagament un vagó de tren ple de fusta de cedre. En una conversa amb Spiering, Domogatski va comparar els seus científics amb la granota d’un proverbi rus que cau en un recipient ple de llet i només té una manera de sobreviure: “S’ha de moure sense parar fins que la llet es converteix en mantega”.
Explorar l’Univers al llac més profund del món
Sota el gel del llac Baikal un telescopi detecta neutrins i ara, després de quatre dècades de complicacions, està a punt de donar fruits
Llac Baikal (rússia)Una esfera de vidre de la mida d’una pilota de platja cau a l’aigua per un forat del gel i baixa, arrossegada per un cable metàl·lic, fins al fons del llac més profund del món. I després una altra, i una altra, i una altra...
Aquestes esferes detectores de llum es queden aleshores penjant en profunditats fosques com la gola del llop, a 1.200 metres sota la superfície. Cada cable aguanta 36 esferes, separades per uns 15 metres de distància. Hi ha 64 cables, fixats per àncores i boies, a tres quilòmetres de l’escarpada costa sud d’aquest llac siberià, que té una fondària de més d’un quilòmetre i mig.
És un telescopi, el més gran d’aquest tipus de l’hemisferi nord, i l’han construït per explorar forats negres, galàxies llunyanes i residus d’explosions estel·lars. Tot això ho fa buscant neutrins, unes partícules còsmiques tan diminutes que cada segon ens en passen bilions a través nostre sense que ens n’adonem. Els científics creuen que, si aprenguéssim a interpretar els missatges que transmeten, podríem retratar l’Univers i la seva història de maneres que encara no som capaços d’imaginar.
“No hem de perdre mai l’oportunitat de fer una pregunta a la natura”, diu Grigori V. Domogatski, un físic rus de 80 anys que, des de fa quatre dècades, lidera les investigacions per construir aquest telescopi subaquàtic. I després d’una pausa afegeix: “No saps mai quina resposta et donarà”.
La cerca de neutrins
Tot i que encara està en construcció, aquest telescopi, somiat durant tant de temps per Domogatski i altres científics, està més a prop que mai de donar fruits. I aquesta recerca de neutrins procedents dels confins del cosmos, que han sobreviscut a eres geopolítiques i astrofísiques, ens ajuda a entendre per què Rússia ha aconseguit conservar part dels èxits científics que van caracteritzar la Unió Soviètica, així com les limitacions d’aquest llegat. El projecte del llac Baikal no és l’únic que busca neutrins als llocs més remots del món. Multitud d’instruments busquen aquestes partícules en laboratoris especialitzats de tot el planeta. Però el nou projecte rus constituirà un complement important per a la labor de l’IceCube, el telescopi de neutrins més gran del món, un projecte de 279 milions de dòlars liderat pels Estats Units que ocupa un edifici cúbic a l’Antàrtida.
El 2017, amb una xarxa de detectors de llum semblant a la del telescopi del Baikal, l’IceCube va identificar un neutrí que, segons els científics, era gairebé segur que provenia d’un forat negre supermassiu. Era la primera vegada que els científics localitzaven una font d’una pluja de partícules d’elevada energia procedents de l’espai exterior, el que es coneix com a raigs còsmics; va ser un gran avenç per a l’astronomia de neutrins, una branca que encara es troba a la seva infantesa.
L’espera d’una confirmació
Els professionals d’aquest camp creuen que, si aprenen a interpretar l’Univers per mitjà dels neutrins, poden fer descobriments inesperats, de la mateixa manera que els va passar als fabricants de lents que van inventar el telescopi, que no es podien ni imaginar que Galileu el faria servir més tard per descobrir les llunes de Júpiter. “És com mirar al cel de nit i veure-hi una estrella”, diu Francis L. Halzen, astrofísic de la Universitat de Wisconsin i director de l’IceCube, en una entrevista telefònica en què comenta com està ara la recerca d’aquestes partícules fantasmagòriques.
Halzen es va inspirar en antics treballs de científics soviètics per construir, al llarg dels anys vuitanta, un detector de neutrins al gel antàrtic. Ara, diu, el seu equip creu que potser ha descobert dues fonts addicionals de neutrins procedents de les profunditats de l’espai, però és difícil tenir-ne la seguretat perquè no hi ha ningú més que les hagi detectat. Espera que això canviï aquests pròxims anys a mesura que vagi creixent el telescopi Baikal.
Com diu Halzen: “Hem de ser molt conservadors perquè, ara com ara, ningú pot comprovar el que estem fent. M’entusiasma que es faci un experiment com el del Baikal amb el qual puc interactuar i intercanviar-hi dades d’observacions”.
A mitjans dels 90, l’equip rus ja va aconseguir identificar neutrins “atmosfèrics” -produïts per col·lisions a l’atmosfera terrestre-, però cap de provinent de l’espai exterior. Per a això feia falta un detector més gran. Quan, a la dècada del 2000, Rússia va tornar a invertir en ciència per l’impuls amb Vladímir Putin com a president, Domogatski va obtenir una subvenció de més de 30 milions de dòlars per construir al Baikal un nou telescopi tan gran com l’IceCube.
El llac ideal
El llac té una profunditat d’un quilòmetre i mig i unes aigües de les més transparents del món i, a més, un ferrocarril de l’època tsarista voreja convenientment la riba sud. I, el que és més important, a l’hivern està recobert d’una capa de gel de prop d’un metre de gruix: la plataforma natural ideal per instal·lar-hi fileres de fotomultiplicadors subaquàtics. Com diu Bair Shaybonov, investigador del projecte: “Sembla que el Baikal estigui fet expressament per a aquesta mena de recerca”.
La construcció es va començar el 2015 i es preveu que la primera fase, en la qual es penjaran a les profunditats 2.304 esferes de detecció de llum, ja estarà acabada quan el gel es fongui a l’abril. Les esferes continuaran dintre de l’aigua durant tot l’any per buscar neutrins i, mitjançant un cable subaquàtic, enviaran dades a una estació situada al costat del llac. Tot i que ja fa anys que el telescopi recopila dades, aquest mes el ministre rus de ciència, Valery N. Falkov, ha clavat al gel una motoserra durant una cerimònia d’inauguració retransmesa per televisió.
Agulles de llum en un paller d’aigua
El telescopi Baikal mira a través de tot el planeta cap al centre de la nostra galàxia i més enllà, fent servir la Terra a la manera d’un sedàs gegant. La majoria de les partícules grans que colpegen el costat oposat del planeta acaben xocant amb els àtoms. Però gairebé tots els neutrins -100.000 milions dels quals ens passen per la punta dels dits cada segon- continuen avançant bàsicament en línia recta.
Ara bé, quan un neutrí colpeja un nucli atòmic a l’aigua -cosa que passa poquíssimes vegades-, produeix un con de llum blava anomenat radiació de Cherenkov. Aquest efecte el va descobrir el físic soviètic Pavel A. Cherenkov, un dels antics col·legues del doctor Domogatski al seu institut de Moscou.
Molts físics creuen que, si durant anys observem milers de milions de tones d’aigües profundes per buscar-hi flaixos inconcebiblement diminuts de llum Cherenkov, hi acabarem trobant neutrins que es poden remuntar a conflagracions còsmiques que els van emetre des de milers de milions d’anys llum de distància.
L’orientació dels cons blaus revela fins i tot la direcció exacta d’on venen els neutrins que els han provocat. Com que no tenen càrrega elèctrica, els neutrins no es veuen afectats pels camps magnètics interestel·lars i intergalàctics ni per altres influències que obstaculitzen les rutes d’altres tipus de partícules còsmiques, com ara els protons i els electrons. La trajectòria dels neutrins per l’Univers és tan recta com permet la gravetat einsteiniana. Per això els neutrins són tan valuosos per estudiar els primers fenòmens de l’Univers, els més llunyans i violents. I podrien ajudar a dilucidar altres misteris, com el que passa quan estrelles molt més grans que el Sol es converteixen en una bola superdensa de neutrons d’uns 17 quilòmetres de diàmetre i emeten enormes quantitats de neutrins. “Es desplaça per l’Univers sense xocar pràcticament amb res ni amb ningú”, diu Domogatski parlant del neutrí. “Per a ell, l’Univers és un món transparent”.
Tirar endavant sigui com sigui
Com que en realitat hi veu a través del planeta, el telescopi Baikal estudia el cel de l’hemisferi sud. Això el converteix en un complement de l’IceCube de l’Antàrtida, juntament amb un projecte europeu a la Mediterrània, que es troba en una fase anterior de construcció. “A l’hemisferi nord necessitem un equivalent de l’IceCube”, afirma Spiering, que continua participant en tots dos projectes: l’IceCube i el Baikal.
Domogatski diu que el seu equip ja intercanvia dades amb els buscadors de neutrins d’altres llocs i que ha trobat proves que avalen les conclusions de l’IceCube sobre els neutrins procedents de l’espai exterior. De tota manera, reconeix que el projecte Baikal va molt endarrerit respecte d’altres pel que fa al desenvolupament del software necessari per identificar els neutrins gairebé en temps real.
Tot i la importància del projecte, encara funciona amb un pressupost molt ajustat: gairebé tots els científics que treballen al telescopi, que són uns 60, solen passar el febrer i el març al campament del Baikal per instal·lar i reparar-ne els components. En canvi, en l’IceCube hi intervenen uns 300 investigadors, la majoria dels quals mai han estat al pol Sud.
El doctor Domogatski ja no participa ara en les expedicions anuals al Baikal. Però encara treballa al mateix institut de l’època soviètica on va mantenir viu el seu somni dels neutrins durant el comunisme, els caòtics anys 90 i més de dues dècades de Putin. “Si assumeixes un projecte, has de tenir clar que l’has de tirar endavant siguin quines siguin les circumstàncies”, afirma, donant un cop de puny a la taula per donar èmfasi al que diu. “En cas contrari, no val la pena ni començar”.
Copyright The New York Times
Traducció: Lídia Fernández Torrell