Dispozitivul care ar putea să ne spună povestea începuturilor universului
În Laboratorul Subteran Canfranc (LSC) din nordul Spaniei, o echipă internațională de cercetători încearcă să răspundă la întrebarea fundamentală: de ce suntem noi aici? Această întrebare vizează existența universului și natura sa. Universul cunoscut este compus din atomi, care sunt la rândul lor formați din protoni, neutroni și electroni. Aceste particule reprezintă materia, având și un opus: antiparticulele lor. Antiparticula electronului este pozitronul, care are o sarcină electrică pozitivă. O altă particulă fascinantă pentru oamenii de știință este neutrino.
Neutrinii sunt particule speciale, abundente în univers, dar care interacționează foarte puțin cu materia. Fără sarcină electrică, aceste particule trec prin Pământ aproape nedetectate. Cea mai interesantă caracteristică a neutrinoilor este neutralitatea lor, ceea ce le permite să fie considerate atât materie, cât și antimaterie simultan. Carlos Pena, directorul laboratorului, explică: „În descrierea naturii dată de mecanica cuantică, atunci când un lucru este imposibil de distins de altul, el este ambele lucruri în același timp.”
Cercetătorii de la LSC construiesc o mașinărie menită să determine dacă neutrinii pot fi, într-adevăr, materie și antimaterie simultan. Laboratorul are la dispoziție mai multe încăperi pentru diferite experimente. Unele dintre acestea vizează detectarea particulelor masive care interacționează slab (WIMP) cu materia obișnuită, în timp ce altele se concentrează pe găsirea axionilor, posibile particule de materie întunecată. De asemenea, un laborator de biologie din cadrul complexului studiază modul în care radiația cosmică afectează organismele vii.
Deasupra LSC se află stațiunea de schi Candanchu și 800 de metri de pământ, esențiali pentru buna funcționare a detectorilor laboratorului. Aceste dispozitive ultra-sensibile sunt izolate de „zgomotul” universului, reprezentat de razele cosmice, care sunt particule de mare energie ce vin din diverse surse. Muntele acționează ca un scut natural, protejând detectorii de aceste particule nedorite. „Dacă acel zgomot cosmic ar ajunge aici, nu ne-ar lăsa să vedem fenomenele improbabile pe care încercăm să le detectăm”, a explicat Pena. Neutrinii, în schimb, trec prin munte fără probleme și ajung la detectorul gigantic din LSC, care este cea mai mare încăpere a laboratorului.
Aici, aproximativ 30 de oameni lucrează zilnic, dintr-o echipă completă formată din 300 de cercetători din întreaga lume. În spațiul principal al laboratorului, există o cameră de sticlă inaccesibilă, în care se află o versiune mai mică a unei mașinării ce va fi utilizată pentru a surprinde un fenomen neobservat până acum, esențial pentru înțelegerea originii universului. Experimentul face parte din proiectul NEXT, o colaborare internațională cu sediul în Spania, care include peste 130 de cercetători.
Când o particulă de materie (un electron) se ciocnește de particula sa de antimaterie (un pozitron), acestea se anihilează, lăsând în urmă doar energie (lumină). Dacă totul ar fi fost simetric, universul nu ar fi existat. Prin studierea neutrinilor, cercetătorii încearcă să afle de ce materia a câștigat lupta împotriva antimateriei în formarea universului. „Cea mai mare parte a universului este lumină; noi suntem doar trei părți din fiecare 10 miliarde”, a explicat Pena. Aceasta sugerează că un mecanism a dus la distrugerea simetriei perfecte, lăsând în urmă un exces de materie.
În Japonia, un alt experiment vital pentru fizică este în pregătire, vizând demonstrarea că, în urma anihilării a doi neutrini, rămâne o rămășiță de materie. Rezultatele acestui experiment sunt așteptate până în 2030. În ceea ce privește experimentul din Canfranc, cercetătorii vor aștepta până în 2035 pentru a afla dacă neutrinii pot fi, într-adevăr, materie și antimaterie simultan. „Este un răspuns esențial. Ne-ar permite să știm de unde venim și de unde vin piesele din care suntem făcuți”, a spus Pena.
Laboratorul Subteran Canfranc se află într-un tunel construit în 1928, destinat să lege Spania de Franța prin Munții Pirinei. Acest tunel nu a mai fost folosit din 1970 după prăbușirea unui pod pe partea franceză. După evaluarea nivelului radiației din tunel, cercetătorii au confirmat că roca de deasupra blochează razele cosmice, creând un mediu ideal pentru detectarea particulelor rare, precum neutrinii, și a posibilelor urme de materie întunecată. Acest prim experiment desfășurat în 1985 a fost începutul unei infrastructuri științifice avansate în Europa.
