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Nigel Lockyer

La física de las alianzas

El director del Fermilab espera que los investigadores brasileños participen en el megaexperimento sobre neutrinos

Nigel LockyerLÉO RAMOSA partir del mes de septiembre de 2013, cuando asumió el cargo de director del Fermilab, el principal laboratorio de física de partículas de Estados Unidos, Nigel Lockyer, un físico escocés criado en Canadá con ciudadanía estadounidense, ha dedicado buena parte de su tiempo a convocar a nuevos colaboradores internacionales al Deep Underground Neutrino Experiment (Dune), un megaproyecto multimillonario en cuyo marco se intentará hallar nuevas propiedades de los neutrinos, una huidiza partícula elemental, casi desprovista de masa, que viaja a una velocidad muy  cercana a la de la luz. Si bien se la considera la segunda partícula en abundancia en el Universo, tan sólo detrás de los fotones, los neutrinos resultan extremadamente difíciles de detectar porque presentan una tenue interacción con otras partículas.

El proyecto Dune contempla la construcción de una fuente subterránea emisora de un haz de neutrinos en el Fermilab, en los alrededores de Chicago. Este haz de partículas viajará por debajo de la tierra y será registrado por dos detectores: uno ubicado en el Fermilab, a 600 metros de profundidad, y un segundo, mayor, situado en el Sanford Lab, en Lead, un municipio del estado de Dakota del Sur a 1.300 kilómetros de Chicago, emplazado a 1,47 kilómetros de profundidad. Durante ese largo recorrido lejos de la atmósfera, los físicos implicados en el proyecto esperan que los neutrinos suministren pistas sobre sus características más elementales y, tal vez, ayuden a entender por qué el Universo posee más materia que antimateria. “El Fermilab es un gran laboratorio que necesita de un gran proyecto, que involucre a los mejores científicos y realmente amplíe nuestro conocimiento”, dice Lockyer, exdirector del Triumf, un laboratorio de física de partículas de Canadá. El físico reconoce que Estados Unidos quedó en segundo plano en el área de la física de partículas luego de que la Organización Europea para la Investigación Nuclear (Cern) inaugurara en 2008 el Gran Colisionador de Hadrones (LHC), el mayor acelerador de partículas del mundo, en los alrededores de Ginebra.

Durante el año pasado, el denominado informe P5, elaborado por un grupo de expertos en física de partículas, recomendó a Estados Unidos concentrar sus esfuerzos en el área y cobijar en suelo estadounidense un gran experimento sobre neutrinos, además de continuar colaborando estrechamente con el LHC y promover la construcción de un colisionador lineal de partículas en Japón. El Dune constituye ese gran proyecto con neutrinos. Es la primera vez que Estados Unidos se propone albergar un proyecto internacional de megaciencia física en suelo propio. En esta entrevista, concedida durante su visita a la FAPESP, el mes pasado, Lockyer habla de los planes para el montaje del experimento y de la posible participación brasileña en el proyecto.

¿Cuál es el propósito de su visita a Brasil?
Principalmente, debatir sobre la física de neutrinos que se realizará en el Dune, a la cual vemos como el futuro del programa de investigación en física de partículas en Estados Unidos. El Dune recién está arrancando. He conversado con [Carlos Henrique de] Brito Cruz [director científico de la FAPESP] sobre la posibilidad de que Brasil participe en ese proyecto desde el comienzo, opinando sobre la selección de las tecnologías que se utilizarán en el mismo. Deseaba encontrarme con él personalmente. Hasta ahora, solamente habíamos hablado por teléfono, la última vez durante la Copa Mundial de Fútbol del año pasado.

¿En qué estado se encuentra la cooperación internacional para la implementación del Dune?
Ya contamos con 26 países involucrados, en su mayoría de Europa. En América, Brasil es el país que ha demostrado mayor interés. Algunos investigadores del estado de São Paulo ya están trabajando en el Fermilab en experimentos, tanto con haces de neutrinos como con haces de partículas cargadas eléctricamente, que constituyen una plataforma de desarrollo y análisis de ideas para el Dune. La idea básica consiste en la creación de un haz de neutrinos en el Fermilab y, como la Tierra es curva, apuntarlo hacia abajo y hacerlo emerger en un lugar determinado. Estamos desarrollando un experimento en una mina de oro antigua cuyo nombre es Homestake, en Dakota del Sur, a alrededor de una milla de profundidad. Como ese sitio se encuentra a 4.850 pies de profundidad [1,47 kilómetros], lo denominamos nivel 4850. Allí construiremos un detector criogénico, con argón líquido, cuya masa total será de 70 mil toneladas. Será increíblemente grande.

El generador Cockcroft-Walton, una de las etapas del acelerador de partículas del Fermilab

Reidar Hahn/ FermilabEl generador Cockcroft-Walton, una de las etapas del acelerador de partículas del FermilabReidar Hahn/ Fermilab

¿El presupuesto total del proyecto es de 1.500 millones de dólares?
Ésa es tan sólo la cuota de Estados Unidos. Nosotros lo mencionamos como un total para no asustar a nadie. No hay una proyección concreta. Estamos invitando a todo el mundo a participar en el proyecto desde el comienzo y le preguntamos a cada uno qué le gustaría hacer. Están todas las posibilidades sobre la mesa. Hemos estudiado de cerca la estructura de mando del LHC, porque notamos que es un modelo exitoso. Es importante contar con las agencias de fomento a la investigación en cada decisión. Pero se necesita tener un consejo superior, como el que tiene el Cern, para que actúe como árbitro cuando sea necesario. En tanto, el gobierno de Estados Unidos quiere una sola persona en el mando, a la que se pueda consultar cuando surja algún problema.

¿Ese enfoque internacionalizado es diferente del que habitualmente adopta Estados Unidos, que acostumbra darle un trato más independiente a sus proyectos?
En efecto, es muy diferente. Es la primera vez que Estados Unidos proyecta cobijar un proyecto internacional de megaciencia en física en su propio suelo. También es la primera vez que el Cern invertirá en un proyecto de otro país. Nosotros prometemos ayudarlos en el LHC y ellos prometieron ayudarnos con los neutrinos.

¿Ese nuevo escenario surge como consecuencia de un trabajo exitoso en el LHC y también por la falta de financiación a la investigación, que no sólo afecta a Estados Unidos?
Yo creo fervientemente en una planificación global para la física de partículas. Los proyectos son muy grandes. Tenemos el plan europeo, el de Estados Unidos, el de Asia. Poco a poco, deberíamos lograr una confluencia de planes, porque necesitaremos una estructura aún mayor en el futuro. Tenemos que aprender a trabajar en forma conjunta desde el principio. El director de la Oficina de Política Científica y Tecnológica, John Holdren, ha revelado un gran interés en el Dune. Dijo que ésa es la manera en que deberíamos realizar las cosas en el futuro. El secretario de Energía, Ernest Moniz, posee formación en el área de la física de neutrinos y comprende muy bien lo que estamos tratando de hacer.

¿Cuáles son las dificultades para llevar adelante este nuevo experimento con neutrinos?
La parte difícil reside en convencer al gobierno de Estados Unidos a iniciar el proyecto antes de contar con la certeza de que otros países participarán en el Dune. Pero suelo decir que, si arrancamos, otros vendrán detrás. Todos están involucrados, pero los acuerdos de inversión demandan años. Apostamos por un acuerdo con el Cern, que le brindará al gobierno la confianza en la participación de otros países. El Cern representa a las agencias de financiación de 21 países. En el mes de septiembre, el organismo europeo someterá el presupuesto a votación. Hace un año, el Cern aprobó un monto para la construcción de una plataforma de desarrollo que permitirá la unión con algún programa de investigación en neutrinos de algún país. Se dejó en suspenso si ese país sería Estados Unidos o Japón. Eso, sin embargo, les permitió a los físicos de Europa trabajar en el Cern para el desarrollo de prototipos de componentes de detectores de neutrinos.

¿En Japón también contemplan la posibilidad de invertir en un gran experimento con neutrinos que sería un competidor del Dune?
Así es, desde luego. Pueden optar por construir una extensión de su detector actual de neutrinos, el Super-K, que hoy cuenta con un tanque de 50 mil toneladas de agua. Ellos se proponen llegar hasta un millón de toneladas de agua, algo increíble. Pero esta ampliación dependerá de la decisión que tomen al respecto de la construcción o no del Colisionador Lineal Internacional. Por supuesto, nos agradaría que Japón se una a nosotros. Deberemos aguardar para ver cuál es su postura. No creo que ellos puedan embarcarse en ambos proyectos, el del colisionador y el de los neutrinos.

¿Qué tipo de cooperación le propone usted a Brasil, en el marco del proyecto Dune?
Estamos intentando motivar a los físicos brasileños interesados en nuestro programa, en primer lugar, por medio de un convenio, para que se establezcan en el Fermilab. Ellos deben decirnos lo que desean hacer, indicar de qué sector del detector les gustaría ocuparse. Todos los grupos están trabajando de ese modo. A continuación, vendría la parte de la financiación de la investigación. Aún no he visitado ningún otro país de Sudamérica, pero hay señales de interés en otros. Aquí hay físicos que ya se sumaron a experimentos en el Fermilab para desarrollar sus investigaciones. Nos gustaría que Brasil contemplara la posibilidad de formar un grupo de 10 investigadores principales, en su mayoría enfocados en una misma área. Eso es lo que hacemos en Canadá: nos enfocamos en áreas específicas para lograr impacto científico. Los físicos brasileños están interesados en el área de la detección de luz. Cuando una partícula cargada eléctricamente atraviesa el argón líquido, emite una luz en frecuencias diferentes. En ese caso, lo más obvio sería la construcción de detectores en la banda del ultravioleta lejano para el registro rápido de informaciones, porque se trata de luz. En el Dune, estamos enfocados en las propiedades de los neutrinos que saldrán de un haz de partículas creado en el Fermilab, de los neutrinos originados por la colisión de los rayos cósmicos en la alta atmósfera, que genera una lluvia de partículas, y también de los neutrinos provenientes de la explosión de estrellas, como en el caso de las supernovas. El detector con argón líquido permite la detección y separación de los diferentes tipos de neutrinos. Así, podremos estudiar los pormenores de la formación de una estrella de neutrones. Si tuviéramos suerte, esa estrella de neutrones originará un agujero negro, cuya señal podremos detectar.

¿Es correcto decir que los físicos de partículas de Estados Unidos, Europa y Japón se repartieron entre sí las diferentes líneas de investigación en ese campo del conocimiento, puesto que no hay dinero para que todos se dediquen a todo?
Las agencias de financiación son las que dicen que no se puede hacer todo en un cada sitio. Los físicos jamás dirían eso, porque ¡les gustaría hacer todo en todas partes! Con todo, no es efectivamente posible trabajar así, se necesitaría demasiado dinero. El Dune es un proyecto enorme. Nadie construirá un proyecto similar en otro lugar. No tendría sentido. Se necesita reunir a todos los expertos del mundo para construir los dispositivos del Dune. Y debemos lograr que funcionen. Durante más de 20 años, el Fermilab trabajó con colisionadores de partículas en altas energías [antes del LHC, el mayor acelerador de partículas fue el Tevatron, del Fermilab, que funcionó entre 1987 y 2011]. En Estados Unidos se llegó a iniciar la construcción de un supercolisionador en Texas, que hubiera sido mayor y más potente que el LHC, pero el proyecto se canceló al comienzo de los años 1990 por razones financieras. El LHC siguió adelante. Entonces surgió esta propuesta: ¿quién quiere hacer un colisionador lineal, que es una máquina destinada a estudiar con mayor precisión a las partículas? En Europa ya disponen del LHC. Estados Unidos podría construirlo. Pero es demasiado caro. Cuando llegué al Fermilab, les dije que deberían invertir en un haz de neutrinos en forma conjunta con otros países. No hay razón para hacerlo solos. Las cosas hoy no funcionan así. El Cern no tendrá un haz de neutrinos. La prioridad de ellos es trabajar con el LHC y realizar la investigación con neutrinos en otro lugar. Por eso, lo que estamos haciendo es pedir ayuda. Podemos hacer más, en tanto y en cuanto haya más colaboradores que quieran contribuir con el proyecto. En la física de neutrinos, lo que importa es la masa total. Escasos neutrinos son los que van a interactuar con el detector diariamente, acaso sea tan sólo uno. Por lo tanto, si pudiéramos duplicar el tamaño del detector, habría dos neutrinos interactuando.

Después del LHC, ¿no resultaría mejor construir máquinas pequeñas para realizar descubrimientos en el área de la física de partículas?
Algunas cosas serán pequeñas, pero habrá proyectos de megaciencia, y esos serán cada vez mayores. El acelerador que será el sucesor del LHC ha sido denominado Future Circular Collider, FCC. Nosotros hemos dicho, en tono de broma, que FCC podría significar Future Cern Collider, Future Chicago Collider o Future China Collider. El significado de la sigla dependerá de dónde se construya el acelerador, que podría tener 100 kilómetros de circunferencia. El mundo anhela la construcción de esa máquina, pero, irónicamente, ningún país cuenta con los recursos suficientes para ello. Por lo tanto, el FCC será un emprendimiento mundial. No caben dudas al respecto. Nadie sabe tampoco hacia dónde se orientará la física de neutrinos. Se trata, en cierto sentido, de un nuevo espacio en estudio.

¿Cuándo iniciará sus operaciones el detector de neutrinos Dune?
Para 2021 ó 2022 pretendemos iniciar la puesta en marcha de su primer módulo. Hablamos de dos cifras, masa total y masa fiduciaria [de referencia]. La masa total es de 17 mil toneladas y la masa fiduciaria es de 10 mil toneladas. Una parte de la masa se utiliza como blindaje, protegiendo al detector de rocas y rayos cósmicos. La masa que realmente interesa es la de 10 mil toneladas. Esta tecnología es la que ya se eligió a través de la colaboración [con investigadores de otros países], pero hay otras cosas que aún no se han decidido y podemos optar por hacer algo en forma un poco diferente.

¿Cuántos físicos e investigadores intervendrán en el Dune?
Por ahora, hay 775 investigadores principales, que firmaron la propuesta de adhesión. Pero esa cifra se duplicaría. Es un grupo grande. También están los posdoctores, los estudiantes y otros.

¿Es correcto afirmar que, con el LHC, el liderazgo en física de partículas lo perdieron frente a Europa?
Efectivamente, es justo decirlo. Ése es mi trabajo, solucionar ese problema. Lo primero que tenemos que hacer es empezar a cavar un pozo en Dakota del Sur. Ése es el plan, y será la señal más potente que puede brindar Estados Unidos de que se está avanzando con el proyecto. Esperamos que eso comience en el ejercicio fiscal de 2017, tal como figura en el presupuesto que estamos discutiendo ahora. De tal modo que la financiación comenzaría en octubre de 2016, dentro de un año. En el experimento en sí, se dispone hasta 2019 para decidirse aquello que realmente va a construirse. La definición al respecto de la mejor forma de construir el primero de los cuatro módulos del detector de neutrinos, por medio de los prototipos del Cern y del Fermilab, insumirá dos o tres años de trabajo arduo. Tenemos que trabajar con rapidez.

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