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Esta cámara dorada contiene agua tan pura que puede disolver metal, y ayuda a los científicos a detectar estrellas que estén colapsando

El observatorio de neutrinos Super-Kamiokande.
El observatorio de neutrinos Super-Kamiokande. Kamioka Observatory, ICRR (Institute for Cosmic Ray Research), The University of Tokyo
  • El observatorio de neutrinos Super-Kamiokande es un experimento físico del tamaño de un bloque de quince pisos, construido bajo tierra en una montaña en Japón.
  • Los neutrinos son partículas subatómicas que nos traspasan todo el tiempo, y estudiarlas nos puede ayudar a comprender mejor cómo son las supernovas y la composición del universo.
  • El detector está lleno de agua ultra pura, lo que puede filtrar los nutrientes de tu pelo y disolver metal.
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Escondido a 1.000 metros bajo el monte Ikeno, en Japón, hay un lugar que parece la base soñada por cualquier supervillano.

Super-Kamiokande —también conocido como el Super-K— es un observatorio de neutrinos, partículas subatómicas que viajan a través del espacio y traspasan la materia sólida como si fuese aire.

Estudiar estas partículas ayuda a los científicos a detectar estrellas que están a punto de morir —cuando explotan, arrojan muchas de estas partículas al espacio—, y así, conocer más sobre el universo.

Business Insider ha hablado con tres científicos sobre cómo esta gigante cámara dorada funciona, así como sobre los peligros de hacer experimentos dentro de ella.

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Mirando un mundo subatómico

Los neutrinos pueden ser muy difíciles de detectar, tanto que el astrofísico Neil deGrasse Tyson los denominó como "las presas más esquivas del cosmos". En este vídeo, el científico explica que la cámara observatorio está enterrada a mucha profundidad, a una distancia suficiente como para que la tierra no deje pasar otras partículas.

"La materia no supone ningún obstáculo para el neutrino", detalla. "Un neutrino podría pasar a través de 100 años luz de acero sin ni siquiera frenar".

Pero, ¿por qué recolectarlos?

"Una supernova puede colapsar sobre sí misma y convertirse en un agujero negro", explica a Business Insider el doctor Yoshi Uchida, del Imperial College de Londres. "Si esto ocurre en nuestra galaxia, el Super-K es uno de los pocos lugares del planeta en el que se podría apreciar toda la amalgama de neutrinos que desprende un evento como este".

Cuando una estrella como esta empieza a colapsar y a arrojar neutrinos, el Super-K actúa como alarma: al detectar neutrinos, sabemos cuándo mirar hacia estos espontáneos eventos cósmicos.

La nebulosa del Cangrejo es el resultado de una explosión de una supernova observada en 1054.
La nebulosa del Cangrejo es el resultado de una explosión de una supernova observada en 1054. NASA, ESA, G. Dubner (IAFE, CONICET-University of Buenos Aires) et al.; A. Loll et al.; T. Temim et al.; F. Seward et al.; VLA/NRAO/AUI/NSF; Chandra/CXC; Spitzer/JPL-Caltech; XMM-Newton/ESA; and Hubble/STScI

"Los cálculos de fondo indican que hay explosiones de supernova una vez cada 30 años en el universo que podemos observar", explica el doctor Uchida. "Si te pierdes una de estas veces, tendrás que esperar otras tantas décadas para ver la siguiente".

Disparando neutrinos a Japón

Super-K no solo atrapa los neutrinos que llueven desde el espacio.

Situado en la antípodas de Tokai, Japón, el experimento T2K dispara un rayo de neutrinos a 295 kilómetros a través de la tierra para ser recogido por el Super-K en la zona oeste del país.

Estudiando la forma en la que los neutrinos cambian ("oscilan") mientras atraviesan la materia, aprendemos más sobre los orígenes del universo. Por ejemplo, sobre la relación entre materia y antimateria.

Mirando al techo del Super-Kamiokande.
Mirando al techo del Super-Kamiokande. Kamioka Observatory, ICRR (Institute for Cosmic Ray Research), The University of Tokyo

"Nuestros modelos de big bang predicen que la materia y la antimateria podrían haberse creado a partes iguales", detalla el doctor Morgan Wascko del Imperial College a Business Insider. "Pero ahora, la mayoría de la antimateria ha desaparecido hacia un lugar u otro". Estudiar neutrinos podría ser una de las vías de intentar descubrir cómo esto ha ocurrido.

Cómo el Super-K atrapa los neutrinos

Enterrado 1.000 metros bajo tierra, el Super-Kamiokande tiene las dimensiones de un bloque de quince pisos, y de hecho se parece a uno.

El diagrama de un Super-Kamiokande.
El diagrama de un Super-Kamiokande. Kamioka Observatory, ICRR (Institute for Cosmic Ray Research), The University of Tokyo

Este enorme tanque está lleno de 50.000 toneladas de agua ultrapura. Esto es porque cuando se mueven a través del agua, los neutrinos alcanzan velocidades superiores a la de la luz. Cuando un neutrino se mueve en el agua, "producirá luz de la misma forma que un avión Concord solía producir estallidos al superar la barrera del sonido", explica Uchida.

"Si una aeronave vuela rápido, más rápido que la velocidad del sonido, producirá un gran estallido. De la misma forma, cuando una partícula viaja a través del agua a más velocidad que la luz, producirá un estallido de luz".

La cámara está además construida con una suerte de 11.000 bombillas doradas que en realidad son detectores de luz muy sensibles, fotosensores conocidos como PMT. Sus siglas en inglés responden a 'tubos fotomultiplicadores' que pueden captar las ondas que generan los neutrinos al superar la velocidad de la luz.

Aquí tienes uno de cerca:

El doctor Wascko los descibre justamente como lo inverso a una bombilla. Simplemente pueden detectar incluso las cantidades más minúsculas de luz y convertirlas en corriente eléctrica, de modo que así pueden ser observadas.

Agua terriblemente pura

Para que la luz de estas ondas de choque llegue a los sensores, el agua debe estar muy limpia. El Super-K la filtra y purifica constantemente, e incluso la dispara con luz ultravioleta para evitar la presencia de cualquier bacteria.

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Es algo realmente espeluznante.

"El agua ultrapura puede disolver cosas en ella", recuerda el doctor Uchida. "El agua pura es algo muy, muy desagradable. Tiene las características de un ácido y un alcalino.

"Si te sumerges en este agua ultrapura, te exfoliarias bastante", incide Uchida. "Lo quieras o no".

Cuando el Super-K necesita mantenimiento, los investigadores tienen que circular por él en balsas de goma para arreglar y reparar los fotosensores.

Desde las balsas, los investigadores pueden inspeccionar los fotosensores.
Desde las balsas, los investigadores pueden inspeccionar los fotosensores. Kamioka Observatory, ICRR (Institute for Cosmic Ray Research),The University of Tokyo
El nivel del agua varía para que los investigadores puedan acceder a todos los recovecos del Super-K.
El nivel del agua varía para que los investigadores puedan acceder a todos los recovecos del Super-K. Kamioka Observatory, ICRR (Institute for Cosmic Ray Research),The University of Tokyo

El doctor Matthew Malek, de la Universidad de Sheffield, estaba una vez con dos compañeros en uno de estos botes de mantenimiento. Fue cuando él era un doctorando.

Al final del día de trabajo, el mecanismo por el cual los físicos pueden acceder al tanque se rompió, por lo que él y sus compañeros se tuvieron que quedar sentados en la balsa un rato. Se recostaron en la embarcación a esperar.

"De lo que no me di cuenta, ya que estábamos recostados en estos botes, es de que al menos 2 ó 3 centímetros de mi pelo estaban sumergidos", explica Malek a Business Insider.

Como estaban vaciando el agua del tanque, Malek no se preocupó porque fuera a contaminarla. Pero cuando se despertó a las tres de la mañana del día siguiente, se dio cuenta de que algo terrible había pasado.

"Me desperté a las tres de la mañana con uno de los picores más desagradables que he tenido nunca en el pelo. "Picaba más que cuando de niño tenía varicela. Tenía tanto picor que no pude dormir".

El agua del Super-K tiene algunas propiedades desconcertantes.
El agua del Super-K tiene algunas propiedades desconcertantes. Kamioka Observatory, ICRR (Institute for Cosmic Ray Research),The University of Tokyo

Luego se dio cuenta de que a través de las puntas de su pelo el agua había extraído los nutrientes de su cabello, llegando incluso al cuero cabelludo. Se tuvo que pasar media hora en la ducha acondicionándose el pelo.

El doctor Wascko conoce otra anécdota, aunque solo de oídas. En 2000, con el tanque de agua completamente seco, los investigadores encontraron en el fondo el contorno de una llave inglesa. "Aparentemente alguien había dejado una llave inglesa cuando la llenaron en 1995". Cinco años después, se había disuelto.

Super-K 2.0

El Super-Kamiokande puede ser gigantesco, pero el doctor Wascko ha adelantado a Business Insider que está trabajándose en un tanque todavía mayor. Será el Hiper-Kamiokande.

"Estamos tratando de sacar adelante este experimento, que podría empezar a funcionar para 2026", confirma.

El Hiper-K sería veinte veces más grande que el Super-K, al menos en términos de tamaño, y con aproximadamente 99.000 fotosensores en lugar de los 11.000 que tiene el actual.

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