DUNE: el acelerador que podría revelar los secretos del Universo

Desde que la humanidad comenzó a estudiar el universo, nos hemos encontrado con preguntas que parecen desafiar nuestra comprensión de la realidad. ¿Por qué estamos hechos de materia y no de antimateria? ¿Cómo se formó el cosmos tal como lo conocemos? ¿Existen dimensiones adicionales más allá de las tres espaciales y una temporal en las que vivimos? Para responder a estos enigmas, la ciencia ha desarrollado herramientas cada vez más sofisticadas, y una de las más ambiciosas es el Experimento de Neutrinos Subterráneo Profundo (DUNE, por sus siglas en inglés).

DUNE no es un acelerador de partículas en el sentido clásico, como el Gran Colisionador de Hadrones (LHC) en el CERN, donde se hacen chocar protones a altísimas energías. En cambio, DUNE es un experimento diseñado para estudiar una de las partículas más escurridizas y enigmáticas del universo: el neutrino. Estas partículas casi fantasmales atraviesan la materia sin inmutarse y apenas interactúan con su entorno, lo que las convierte en uno de los mayores desafíos para la física experimental. Sin embargo, comprender su comportamiento podría ser clave para resolver algunos de los mayores misterios de la física moderna.

El experimento se basa en un sistema de dos detectores ubicados en diferentes puntos de Estados Unidos. El primero está en el Laboratorio Nacional de Aceleradores Fermi (Fermilab), en Illinois, donde un poderoso acelerador de partículas genera un intenso haz de neutrinos. Estos neutrinos no se disparan a través de un túnel, como ocurre con otros experimentos, sino que atraviesan directamente la corteza terrestre sin que nada los detenga, viajando 1.300 kilómetroshasta el segundo detector, situado en una antigua mina de oro en Dakota del Sur, el Laboratorio Subterráneo de Sanford. Allí, en una instalación a 1.500 metros bajo tierra, se encuentran gigantescos tanques llenos de argón líquido que capturarán los escasos momentos en que los neutrinos interactúan con la materia.

¿Por qué enviar neutrinos a tanta distancia? Porque estos tienen una extraña propiedad llamada oscilación de neutrinos, lo que significa que pueden cambiar de un tipo a otro mientras viajan. DUNE analizará estos cambios con una precisión sin precedentes, buscando patrones que podrían revelar nuevas leyes fundamentales de la naturaleza.

DUNE no es solo un experimento para medir con precisión cómo oscilan los neutrinos. Su impacto podría ir mucho más allá y abrir nuevas ventanas al conocimiento del universo. Algunos de los grandes interrogantes que podría ayudar a resolver incluyen:

• ¿Por qué hay más materia que antimateria en el universo? Según el modelo estándar de la física de partículas, el Big Bang debió haber creado la misma cantidad de materia y antimateria, que al encontrarse se habrían aniquilado, dejando un universo vacío. Sin embargo, algo ocurrió que rompió este equilibrio y permitió que la materia predominara. DUNE podría detectar diferencias en la forma en que los neutrinos y sus contrapartes de antimateria, los antineutrinos, oscilan entre sus estados. Esta asimetría, si se confirma, podría ser la clave para entender por qué el universo tal como lo conocemos existe.
• La posible existencia de nuevas partículas o interacciones desconocidas. Los neutrinos son tan misteriosos que aún no sabemos si encajan completamente en el marco del modelo estándar. Algunos experimentos previos han sugerido la existencia de neutrinos estériles, un tipo de neutrino que no interactúa con nada excepto a través de la gravedad. Si DUNE encuentra evidencia de estos neutrinos, estaríamos ante una revolución en la física de partículas.
• ¿Podría haber dimensiones adicionales? Aunque parezca sacado de la ciencia ficción, algunas teorías proponen que los neutrinos podrían ser las únicas partículas capaces de moverse en dimensiones ocultas. Si DUNE detecta neutrinos desapareciendo sin una razón aparente o manifestándose de formas inesperadas, podríamos estar ante la primera evidencia experimental de que nuestro universo tiene más dimensiones de las que percibimos.
• Detectar neutrinos de supernovas. Cuando una estrella masiva colapsa y se convierte en una supernova, libera una enorme cantidad de energía en forma de neutrinos. DUNE será lo suficientemente sensible como para captar estos neutrinos con gran precisión, permitiendo a los astrónomos observar el colapso de una estrella desde una perspectiva completamente nueva. Esto ayudaría a entender los últimos momentos de las estrellas gigantes y el proceso de formación de agujeros negros y estrellas de neutrones.
• Búsqueda de la desintegración del protón. Aunque nunca se ha observado, algunas teorías predicen que los protones, las partículas que forman los átomos y, por ende, todo lo que nos rodea, no son completamente estables y podrían descomponerse en partículas más pequeñas en escalas de tiempo enormes. Si DUNE detecta la desintegración del protón, sería una pista clave para entender cómo se unifican las fuerzas fundamentales del universo.

DUNE es una colaboración internacional en la que participan más de 1.000 científicos de todo el mundo y representa una de las mayores inversiones en la historia de la física de partículas. Sus detectores subterráneos serán los más avanzados jamás construidos para la detección de neutrinos, con tecnología basada en argón líquido que permitirá obtener imágenes ultra detalladas de las interacciones de estas partículas con la materia.

El experimento está todavía en fase de construcción, pero cuando entre en funcionamiento en los próximos años, marcará un antes y un después en nuestra comprensión del universo. Si sus predicciones se confirman, podría responder preguntas que han intrigado a la humanidad durante siglos, o incluso revelar fenómenos completamente nuevos que nos obliguen a replantear nuestra concepción de la realidad.

DUNE no es solo otro experimento más en la larga lista de proyectos científicos. Es una apuesta ambiciosa para desvelar los secretos más profundos de la naturaleza y, quién sabe, tal vez una puerta hacia una nueva era en la física.