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Tapa

Los ojos del desierto

Comienza la etapa final de la construcción del Observatorio Pierre Auger, emplazado en la región oeste de Argentina, con el objetivo de captar rayos cósmicos de alta energía

MIGUEL BOYAYAN Ciencia al pie de los Andes: es posible ver más allá de la planicieMIGUEL BOYAYAN

Apenas a un paso de los comandos de la caja de control instalada en la pared un día antes, Sérgio Luiz Carmelo Barroso, un físico de 34 años, observa el descenso de la cortina azul dechamois que protege los espejos de uno de los telescopios del Observatorio Pierre Auger, en construcción en el oeste de Argentina. No parece estar muy satisfecho. En el centro de ese grueso paño se forma un círculo de una coloración roja intensa, efecto de la luz ultravioleta que atraviesa una lente de 5 metros de diámetro. “No está nada mal”, dice, consolándose, ya que su plan consistía en que ni un atisbo de la luz de esa soleada mañana de domingo atravesase la cortina. “Aspiramos a alcanzar la perfección.”

Barroso y Marcelo Augusto Leigui de Oliveira, de 33 años, ambos de la Universidad Estadual de Campinas (Unicamp), llegaron a la perfección recién tres días después, cuando cambiaron la cortina azul por otra de color negro, capaz de impedir completamente el paso de la luz. Estos dos paulistas trabajaron durante semanas en penumbras, instalando otras cajas de control y las protecciones de los espejos, en medio de anchas cortinas de espeso plástico negro, que separan los distintos conjuntos de espejos y se asemejan a los bastidores de un teatro. Afuera, bajo un cielo azul cobalto despejado, los Andes se dejan ver al oeste con nitidez, con sus picos cubiertos de nieve y su cuerpo extendido como un bloque de madera dura tallado a fuerza de golpes secos de facón.

Enclavada a unos 100 kilómetros, la cadena de montañas más alta de Sudamérica parece estar bien cerca, debido a la excelente visibilidad, producto a su vez de la baja humedad y la ausencia casi absoluta de contaminación del aire. Las condiciones climáticas y la amplitud de esta planicie, cuya línea del horizonte al este parece fundirse con un mar imaginario, hicieron de esta región semidesértica en Argentina el espacio perfecto para erigir el Observatorio Pierre Auger de Rayos Cósmicos, uno de las mayores y más ambiciosas empresas ya emprendidas en la historia de la física. Durante este mes de agosto se inaugura allí una nueva fase.

Es que empieza la etapa de producción, la tercera y la última, con el ensamblado intensivo de equipos, siguiendo los estándares verificados y definidos durante las dos fases anteriores “la de prototipos y la previa a la producción”, que se extendieron durante los últimos tres años.El Pierre Auger es el mayor laboratorio a campo abierto ya proyectado en el mundo. Comenzó a ocupar los alrededores de Malargüe, una ciudad con una población estimada en 20 mil habitantes (y dos ochavas con semáforos) ubicada a 420 kilómetros de Mendoza, el centro urbano más cercano dotado de líneas aéreas regulares.

Para cubrir sus costos, estimados en 54 millones de dólares, se formó un consorcio integrado por instituciones de 18 países. Brasil participa con 2,5 millones de reales, por medio de un proyecto temático de la FAPESP (que aporta 1,8 millones de reales) y del Programa de Núcleos de Excelencia en Investigación (Pronex) del Ministerio de Ciencia y Tecnología (que destina 700 mil reales). El chairman del finance board , que reúne a representantes de los diferentes países, es José Fernando Perez, director científico de la FAPESP. “El hecho de que el chairman sea un brasileño brinda una idea acerca de la dimensión, de la importancia de la investigación brasileña para el proyecto”, dice Perez.

El propósito de este emprendimiento, que cuenta con la participación de 250 científicos, es detectar e interpretar rayos cósmicos. Los rayos cósmicos son partículas subatómicas con una energía colosal: de mínima 100 millones de veces superior a la de aquéllas producidas en el más potente acelerador de partículas, que es el Tevatron, emplazado en Estados Unidos. En términos más concretos, esto significa que los citados rayos tienen una energía equivalente a la de una pelota de fútbol que se desplaza a 54 kilómetros por hora, o a la de una pelotita de tenis tras el saque de un profesional como Gustavo “Guga” Kuerten.

Cuando esté operando a plena capacidad, esto es, probablemente dentro de tres años, el Pierre Auger ocupará 3 mil kilómetros cuadrados, el doble del área de la ciudad de São Paulo, y los resultados que de allí salgan quizá sean valiosos para entender una serie de fenómenos físicos, que van desde la constitución de la materia hasta la formación del universo. Pero, desde ya, el observatorio se superpone al paisaje al pie de los Andes.

Contrastes
Entre los matorrales de plantas espinosas, que crecen sobre un suelo pedregoso, se distribuyen los llamados tanques Cerenkov, cada uno de los cuales tiene 3,7 metros de diámetro. Dentro de estos tanques hay 11 mil litros de agua de alta pureza, y por fuera de ellos hay dispuestos paneles solares que les suministran energía, almacenada en baterías elaboradas por la empresa Moura, de Recife (Pernambuco), y que es a su vez utilizada por miniprocesadores, acoplados a antenas de radio. Estos conjuntos reciben el nombre de detectores de superficie, y constituyen uno de los recursos utilizados para registrar rayos cósmicos en forma indirecta, ya que, al entrar en la atmósfera, éstos forman billones de otras diferentes partículas.

Al atravesar las paredes de los tanques y pasar por el agua, las partículas formadas como producto de la fragmentación de los rayos cósmicos generan una radiación azulada: la luz Cerenkov. Una vez captada por lossensores, dicha luz es enviada a través de ondas de radio hacia la sede del observatorio, una moderna construcción emplazada en el acceso de Malargüe, de paredes laterales erigidas en vidrio, desde las cuales pueden verse a lo lejos hileras de álamos, que en esta época del año, debido a la sequía y al frío, están grises, y completamente deshojados.

Hasta el momento se han montado 131 tanques, de los cuales 50 ya están funcionamiento. Separados a distancias regulares de un kilómetro y medio entre cada uno de ellos, los reservorios están alineados con los detectores de fluorescencia, tal como se denomina a los telescopios provistos de espejos y fotodetectores, los ojos de mosca que registran a luz tenue emitida por el nitrógeno del aire tras su colisión con las partículas en la alta atmósfera equivalente a la energía de una lámpara de 5 vatios ubicada a 20 kilómetros de distancia. Por ser tan sensibles, los detectores de fluorescencia solamente funcionan a oscuras, en noches sin luna, mientras que los tanques captan rayos cósmicos ininterrumpidamente.

El Pierre Auger será el primer observatorio que integrará estos dos métodos de observación. Hasta ahora ambos habían sido utilizados por separado en observatorios menores, como el Fly’s Eye, que funcionó entre 1981 y 1992 en Estados Unidos con 67 telescopios, y el Agasa, de Japón, con 111 detectores de superficie. Existen en la actualidad dos telescopios en operación pero, tan solo uno de ellos, el que lleva el número 4, está completo, ahora ya con la cortina de chamois. Ambos forman parte de un edificio “u ojo” con forma de semicírculo, llamado Los Leones, que ocupa un cerro enclavado a 6 kilómetros de Malargüe.

Bajo la supervisión de Carlos Escobar, de la Unicamp, el equipo brasileño integrado por 22 investigadores paulistas, incluidos dos de la Universidad de São Paulo (USP), y otros diez del Centro Brasileño de Investigaciones Físicas (CBPF, sigla en portugués) de Río de Janeiro y de las universidades federales Fluminense (UFF) y de Bahía (UFBA) trabaja en los telescopios y en la instalación de los tanques, fabricados por la empresa Alpina, de São Paulo. En las instalaciones del cerro Los Leones, los brasileños están poniendo en funcionamiento los motores y las cajas de controles de losshutters , que son las puertas de protección de los telescopios.

Tienen por delante todavía el ensamble de las lentes correctoras – producidas por la empresa Schwantz, de Indaiatuba, interior paulista – en los otros cuatro telescopios que serán instalados en Los Leones. Dichas lentes convergentes, en formato de trapecio y de 25 centímetros de altura, elaboradas en vidrio alemán, forman un anillo corrector a lo largo de los bordes del diafragma, que regula la entrada de luz, a la manera del diafragma de una cámara fotográfica, y aumenta el radio de la lente de 85 a 110 centímetros, sin por ello perder la calidad de la imagen.

Cuando los shutters y las cortinas se abren, la tenue luz generada por los rayos cósmicos atraviesa los filtros ultravioleta y la lente incide sobre un espejo parabólico, formado a decir verdad por 60 espejos, y se refleja en los fototubos, un conjuntos de 440 células de 4 centímetros cada una: los ojos de mosca.

Luces raras
De acuerdo con la planificación, habrá cuatro edificaciones y de las restantes tres, únicamente la segunda, llamada Coihueco, y ubicada a 60 kilómetros de Los Leones, ya ha sido erigida, y se encuentra en la fase inicial de ensamblado delos equipamientos. Juntas, esas cuatro construcciones contarán con 24 telescopios, con un ángulo de visión que cubre la superficie casi hasta los 32° del cielo del Hemisferio Sur. La planicie andina será también puntuada con un total de 1.600 tanques Cerenkov, de modo tal que se pueda captar el mayor número posible de esas raras partículas cósmicas. Se estima que llega a la Tierra una partícula de alta energía por kilómetro cuadrado por siglo. Por lo tanto, cuanto más grande es el área ocupada por los equipamientos, mayor es la probabilidad de registrar más eventos. Cuando todos los detectores de superficie y de fluorescencia se encuentren en operación, se espera registrar 20 ó 30 eventos anualmente.

Y se esta trabajando intensamente, con la mira puesta en alcanzar esa meta. A comienzos de julio, físicos eslovenos, italianos, franceses, brasileños, estadounidenses y argentinos – en su mayoría posdoctores, con edades de alrededor de 30 años – ensamblaban sus equipamientos durante el día en los tanques o en Los Leones, y por las noches, muchas veces hasta las 3 de la mañana, en los talleres del edificio ubicado en la ciudad. Y es probable que este ritmo se intensifique a partir de este mes, cuando darán inicio al montaje en serie de los equipamientos. Se pretende llegar a diciembre con por lo menos 250 tanques y seis telescopios en funcionamiento (cuatro en Los Leones y dos en Coihueco).

Para respetar los plazos, el mismo domingo en el que los dos paulistas realizaban las pruebas con la cortina en Los Leones, el francés Xavier Bertou y el estadounidense Patrick Allison subían a los tanques instalados en el campo, expuestos al viento frío, para armar las cajas de control, más compactas y con menos cables que en la versión utilizada en los tanques Cerenkov más antiguos. Su plan consistía terminar la instalación de 50 nuevos tanques en algunas semanas. “Acá de vez en cuando llueve”, dice Bertou, “y la instalación prototipo no estaba muy bien protegida contra el agua”.

Si alguien los hubiera visto en el taller de la ciudad unos días antes, ajustando tornillos o montando con destreza las nuevas cajas de control de los tanques, con piezas provenientes de Estados Unidos, Francia e Inglaterra, podría pensar que se tratase de electricistas, en el mejor de los casos, de ingenieros, pero difícilmente podría imaginar que fuesen posdoctorandos en física de altas energías. “Tenemos que hacer todo lo que sea necesario”, dice, diplomáticamente, este francés de 30 años ligado a la Universidad de Chicago, Estados Unidos, que parece disfrutar muy poco de la solemnidad de su cargo de coordinador de operaciones científicas. Bertou abandonó París a comienzos del año pasado para instalarse en Malargüe. Hoy en día no logra dejar la costumbre de tomarse unos mates al atardecer.

Allison, uno de los más jóvenes integrantes del equipo, tiene 26 años, pero parece tener menos de 20. “Este muchacho es un cráneo”, comenta el argentino Ricardo Pérez, al observarlo probando los controles electrónicos de los tanques. “El Auger existe gracias a él”, añade. Ese joven norteamericano, doctorando de la Universidad de Pensilvania, fue quien creó los programas que hacen la comunicación entre los detectores de superficie y la Estación Central, con el horario exacto, la intensidad y la localización precisa de los registros de rayos cósmicos. Aun cuando ya ha estado en Malargüe en 14 oportunidades desde que se integró al proyecto, hace siete años, Allison habla muy poco en castellano. La razón de ello, según explica, es que se pone nervioso al no lograr expresarse en otro idioma tan rápidamente como en inglés.

De perfil discreto, Pérez prefiere referirse a los otros. Él es una pieza esencial en el día a día. Y no solamente porque resuelve problemas prácticos enla instalación de los tanques Cerenkov. Como encargado por de mantenimiento, este argentino de 31 años nacido en Malargüe siguió de cerca el montaje de los primeros tanques, que inicialmente no funcionaban, debido a una sencilla razón: las vacas que pastaban en las cercanías de los tanques se comían los cables de transmisión de datos. Y fue precisamente Pérez, un técnico en minería, quien diseñó una caja de protección para el tendido eléctrico y entonces las vacas nunca más obstruyeron la labor de la ciencia.

Pero su valía va más allá de ello. Pérez parece haber logrado entender, respetar y conciliar el estilo de trabajo de alemanes, franceses, estadounidenses y argentinos. “Debemos valorar las cosas buenas y relativizar las deficiencias de cada grupo”, comenta Perez, con una clara visión acerca de la grandiosidad de este trabajo. Para él, el hecho de que al menos ocho tanques Cerenkov hayan sido bautizados con el nombre de Paz en portugués, inglés, castellano y francés, e incluso en árabe “aunque la mayoría de los tanques tiene nombre de mujeres, empezando por el primero, bautizado por investigadores cariocas”, significa que es posible dejar de lado la política y establecer una colaboración internacional con objetivos comunes con base en la ciencia.

Incertidumbre
Mediante el uso de los programas de Allison, y con los cables ahora protegidos contra las mordeduras vacunas (en los nuevos controles electrónicos los cables van embutidos), llegaron informaciones sobre unos 300 episodios – algunos de los cuales fueron registrados simultáneamente por 20 tanques – con una energía superior a 1018 (el número 1 seguido de 18 ceros) electronvoltios (eV), un millón de billones de veces (o un trillón) superior a la de un electrón. Son resultados preliminares, sujetos a confirmación, pero ya es un nivel de energía 3 mil veces más alto que el de los rayos cósmicos detectados por el físico francés Pierre Victor Auger (1899-1993), que inspiró este proyecto al registrar la primera lluvia de partículas, en 1938.

La esperada materia prima de la investigación está empezando a llegar. Pero existe un acuerdo entre los investigadores: a expensas de que ello resultaría tentador, decidieron no detenerse para analizar los datos “incluso porque aún se los considera escasos” mientras las obras de construcción de los detectores no estén arribando a su fin. Así y todo, existe una cuestión intrigante que ocupa los momentos de descanso de los físicos. Ésta se refiere a la diferencia “o discrepancia” que se verifica entre los datos registrados por los dos distintos tipos de detectores: los de superficie captaron partículas con el doble de energía que la que se verificó con los detectores de fluorescencia, de acuerdo con los métodos de análisis de cada tipo de equipamiento (y efectivamente son las mismas, pues llegaron exactamente en el mismo horario).

“Los modelos teóricos de análisis de datos probablemente son erróneos”, asegura Allison frente a este obstáculo, que a decir verdad aparece como una de las primeras grandes cartas de triunfo de este gigantesco trabajo: “Si no contásemos con dos tipos de detectores, no sabríamos que algo puede no estar correcto”.No cabe dudas acerca de que es todo un reto la cuestión de rever las bases conceptuales de algo cuya naturaleza se desconoce. Al fin y al cabo, ¿qué son los rayos cósmicos? “Pueden ser protones (partículas que forman parte del núcleo atómico), fotones (partículas de luz) o incluso núcleos enteros de átomos como los de hierro”, dice Miguel Mostafa, un ingeniero nuclear de 33 años que integra el equipo de la Universidad de Nuevo México, Estados Unidos.

Antes de mudarse a Albuquerque, Nuevo México, hace un año, este argentino de Bariloche hizo su posdoctorado en la Universidad de Turín, Italia, con Rosanna Cester  – una investigadora de más 70 años que acompaña personalmente la construcción de las lentes de los telescopios. Cester dirigió también el posdoctorado de Marcelo Oliveira entre febrero de 2000 y mayo de 2001, y ahora hace lo propio con Michela Chiosso, doctoranda que en julio pasado trabajaba en un contenedor anexo a Los Leones, en el aparato de emisión de láser que controla la precisión de los detectores de rayos cósmicos.

“Por ahora”, dice Mostafa, él continúa entreteniéndose con las dudas que lo motivan a trabajar. “Los rayos cósmicos pueden ser cualquier cosa, porque no sabemos de dónde vienen, ni cómo se forman y cómo se aceleran”. Se cree que son partículas formadas en un radio de hasta 3,2 millones de años luz (1 año luz corresponde a 9,5 billones de kilómetros), en los bordes o inmediatamente después de nuestra galaxia, la Vía Láctea, y que interactúan con los fotones remanentes del Big Bang, la explosión que habría dado origen al universo.

En una demostración que indica cómo incluso los conceptos básicos son pasibles de ajustes, Mostafa dice que las partículas cósmicas deben entrar en la atmósfera formando una línea recta a partir del punto en el que se formaron, mientras que el norteamericano Brian Fick, físico de la Universidad de Utah, Estados Unidos, uno de los líderes del grupo, de 50 años, sugiere otra posibilidad: “Puede ser que los campos magnéticos, que son débiles, pero que están en todas partes, desvíen las partículas”. El problema es que nadie ha medido aún los campos magnéticos extragalácticos, cuya intensidad varía 500 veces, dependiendo del modelo teórico que se adopte.

Otro punto de la teoría que debe ser revisado es el llamado límite GZK, abreviatura de los apellidos de tres físicos, Kenneth Greisen, George Zatsepin y Vadem Kuzmin, que en 1966 postularon que los rayos cósmicos con energía superior a 5 x 1019 eV serían absorbidos a medida en que viajasen a través del espacio, y jamás serían observados desde la Tierra. Pero sí lo fueron. El Fly’s Eye registró en 1993 partículas con 3 x 1020 eV – precisamente, las partículas con ese nivel de energía son las más esperadas en el Pierre Auger, pues podrán indicar si ese récord mundial es realmente válido o si ha habido algún error en las mediciones.

Lo que sí ya se conoce relativamente bien es el proceso de fragmentación de los rayos cósmicos, la llamada lluvia de partículas. Al entrar en la atmósfera terrestre, provenientes vaya uno a saber de dónde, en apenas 100 microsegundos “he allí otra razón para la sofisticación de los equipamientos”, los rayos cósmicos entran en colisión con las partículas del aire, en especial con el nitrógeno, y se deshacen en medio a sucesivas colisiones, formando alrededor de 10 billones de partículas, captadas por los detectores debido a la luz que producen. El eje de la lluvia, ubicado una distancia de hasta mil metros del punto de la primera colisión, esta constituido de protones, electrones y fotones.

En las laterales y en las regiones más bajas se forman otros tipos de partículas al margen de los electrones, tales como los muones (similares a los electrones, pero 200 veces más pesados) y los neutrinos, que aparentemente tiene una masa muy reducida. Pero, reconstituir el chubasco cósmico en detalle, y también conocer la dirección y la naturaleza de la partícula que lo originó, “es como descubrir el color del pelo de tu tataratatarabuelo a partir de tu propio color de cabello”, compara Barroso. El privilegio de establecer hipótesis más concretas sobre qué rayos son los rayos cósmicos quizás sea del indonesio Richard Randria, asiduo piloto de las computadoras del Centro de Adquisición de Datos, ubicado en el primer piso del edificio de la Estación Central en la ciudad, hacia la cual convergen los registros de los detectores de superficie y de fluorescencia.

Desde que ingresó al proyecto, hace un año y medio, como integrante del equipo de la Universidad de Jussieu, París, este ingeniero electrónico de 29 años, que ha vivido anteriormente en Guyana y en Lisboa, ha elaborado alrededor de diez programas para el procesamiento de las informaciones de los diferentes estadios de la cascada de partículas. “Necesito prever el futuro y preparar los programas para que operen con una cantidad muy elevada de informaciones”, dice Randria. Y él ya lo sabe: las informaciones que circulan por estas computadoras, luego de ser analizadas, pueden hacer caer por tierra o confirmar los modelos de interacción de las partículas atómicas, de evolución de las estrellas y de constitución del universo.

La perspectiva de contribuir para la revisión de las leyes básicas de la física parece ser un estímulo para afrontar los viajes en avión hasta Mendoza, y posteriormente las seis horas en coche o en ómnibus (con algo de suerte, Randria demora 41 horas para hacer el trayecto entre París y Malargüe).Cuando los científicos descubran qué son los rayos cósmicos, es probable que se desvanezcan en sus rostros las señales de cansancio, la ansiedad y la inquietud ocasionadas por el retraso de los equipos, el frío exasperador y las cosas que también demoran para salir como es de esperarse. “Será un día de satisfacción, pero quizá también sea un día un poco triste”, imagina Fick, que trabaja en el Auger desde 1992, cuando dicho proyecto era tan solamente una idea.

En este momento, viendo a los científicos trabajando en este fin del mundo, viene a la mente un cuento del escritor bahiano João Ubaldo Ribeiro, que narra la historia de un hombre que durante años intentó pescar un robalo. El pez siempre se le escapaba; parecía agradarle esa persecución. Hasta que un día se entregó. El hombre le asestó el arpón y lo llevó a la mesa en silencio, con la impresión de que, aquel día, el pez había querido morir. Algo entonces se había perdido.

Y sí, efectivamente, la ciencia es una pesca que exige resultados. De estas mismas tierras australes, que hace 150 millones de años formaban un golfo, ya se han desenterrado ictiosauros, cocodrilos marinos y esqueletos, que llevaron a concluir que en este pedazo de Argentina la ocupación humana se inició hace alrededor de 7 mil años. Pero los físicos no tienen ninguna garantía de que el cielo les será tan generoso.

Como en cualquier emprendimiento científico, no es enteramente descabellada la posibilidad de que estas partículas se mantengan como un enigma, aun con el Pierre Auger funcionando en plena capacidad. “Puede ser que arribemos a la conclusión de que es necesario construir algo mayor todavía”, conjetura Oliveira, de la Unicamp. “Pero eso, solamente recién dentro de 20 años lo sabremos.”

Los Proyectos
1. Observatorio Pierre Auger (99/05404-3); Coordinador: Carlos Ourívio Escobar – Unicamp; Inversión: R$ 1.884.287,12 (FAPESP) y R$ 600 mil (Pronex, MCT)
2. Proyecto Pierre Auger; Coordinador: Ronald Cintra Shellard – CBPF; Inversión: R$ 100 mil (MCT)

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