Los estudios de ese astrofísico canadiense permitieron descubrir que los neutrinos cambian de identidad y tienen masa. Sin embargo, Arthur McDonald ha visitado España para seguir de cerca los avances sobre otro asunto no menos apasionante: la materia oscura.
En 2015 el físico canadiense Arthur McDonald (Nueva Escocia, 1943) recibió, junto al japonés Takaaki Kajita, el Premio Nobel de Física por descubrir que los neutrinos cambian de identidad en sus viajes por el espacio, un hallazgo que permitió deducir que estas diminutas partículas tienen masa.
McDonald demostró que los neutrinos procedentes del Sol llegaban en un estado o identidad diferente al Observatorio de Neutrinos de Sudbury (SNO), localizado en una mina de Ontario (Canadá) a 2 kilómetros bajo tierra y actualmente en pleno proceso de renovación dentro del gran laboratorio subterráneo SNOLAB.
Este profesor emérito de la Universidad de Queen acudió el pasado mes de mayo a un simposio celebrado en Granada, donde más de 600 expertos de todo el mundo debatieron sobre la Estrategia Europea de Física de Partículas para los próximos años. McDonald después se desplazó a Madrid para ofrecer una conferencia en el CIEMAT y asistir a una recepción en la Embajada de Canadá, donde charló con Sinc sobre sus proyectos actuales.
¿Cómo fue el encuentro en Granada?
Fue una reunión excelente, donde cubrimos todo el campo de la física de partículas. Yo estoy interesado en las mediciones de la materia oscura, un tema que ocupó un lugar destacado en las discusiones. El CERN está intentando producirla aquí en la Tierra por primera vez desde el Big Bang, y nosotros tratamos de detectarla en nuestros laboratorios subterráneos. Esta complementariedad entre los dos es fundamental en un momento en el que buscamos cosas más allá del modelo estándar de la física.
¿Qué método usan para buscar materia oscura?
Trabajamos a temperaturas de unos –180 ºC con argón líquido para tratar de detectar un tipo de partículas de materia oscura (las WIMP o weakly interacting massive particles) cuando interactúan con la materia ordinaria. Se supone que la interacción con el núcleo del argón produce unos pulsos de luz que podríamos registrar, y lo hacemos en laboratorios subterráneos para eliminar las interferencias de la radiación cósmica. El nuestro es SNOLAB, el segundo laboratorio más profundo del mundo, donde disponemos de tres toneladas de argón líquido en un experimento (DEAP3600), pero todavía no hemos visto ninguna partícula de materia oscura.
¿Cuándo podríamos tener un gran anuncio sobre materia oscura?
[Risas] De momento, en el marco de una colaboración internacional llamada Global Argon Dark Matter Collaboration, en la que participan unos 350 científicos de más de 12 países –incluida España–, estamos construyendo en Italia un experimento (Darkside) que usará del orden de 50 toneladas de argón líquido, cuya calidad se medirá en el Laboratorio Subterráneo de Canfranc (Huesca).
Estará en el Laboratorio del Grand Sasso, y esperamos que comience a funcionar en 2023. Nos llevará al menos un año acumular la información, así que en 2024 podríamos anunciar los primeros resultados experimentales. El que veamos o no las esquivas partículas de materia oscura dependerá del comportamiento de la naturaleza.
El profesor McDonald explica el papel de los laboratorios subterráneos de Gran Sasso (Italia), Canfranc (España) y SNOLAB (Canadá) en la búsqueda de materia oscura. / Álvaro Muñoz/SINC
¿Cuál es el objetivo final?
En última instancia, nos gustaría tener 400 toneladas operando dentro de diez años en el laboratorio SNOLAB de Canadá. El objetivo es aumentar en un factor de 100 la sensibilidad para detectar materia oscura, aunque, curiosamente, cuando llegue ese momento, estaremos limitados por los neutrinos. Para mí esto es irónico, porque justo esa partícula es la que buscaba en mis experimentos anteriores.
Unos trabajos por los que le dieron el Premio Nobel… En su caso, ¿hubo algún momento eureka?
En realidad, sí. Ocurrió en 2001. Aquel año estaríamos unos 270 científicos involucrados en un proyecto que comenzamos 16 personas en 1984. El caso es que habíamos ‘cegado’ a los investigadores introduciendo expresamente datos erróneos para que no sacaran conclusiones preconcebidas. Pero un día eliminamos esa ceguera y, de repente, de una vez, todos juntos nos dimos cuenta de lo ocurrido: habíamos observado que el tipo de neutrinos producido en el Sol cambiaba a otros tipos al alcanzar la Tierra. Todas las personas involucradas en el proyecto lo pudieron comprobar al mismo tiempo. Para mí, como representante del experimento, fue un honor recibir el Premio Nobel, pero era un reconocimiento a todo el grupo.
Esos cambios en los neutrinos implican que tienen masa, pero el modelo estándar señala lo contrario. ¿Habría que actualizar el modelo?
Los físicos teóricos tienen diversas maneras para tratar de introducir modificaciones en el modelo estándar e incluir la masa de los neutrinos (que al menos es un millón de veces más pequeña que la del electrón). Además, se están planificando futuras mediciones para determinar propiedades de los neutrinos que afectan a las diferentes formas de incorporar su masa finita en el modelo estándar.
¿Nos puede mencionar alguno de estos experimentos?
En nuestro caso, SNO +, que actualiza el detector SNO empleando un material centelleador líquido en lugar de agua pesada. Lo completaremos a final de este año y después agregaremos teluro. Así buscaremos una rara desintegración denominada doble beta sin neutrinos. Este proceso, con en el que ya estaremos trabajando a finales de 2020, informará de propiedades básicas de los neutrinos que ayudarán a definir tanto esos modelos como otros que intentan explicar lo que sucedió en el universo temprano para que ahora domine la materia frente a la antimateria, que aparentemente se ha desintegrado y no sabemos por qué.
¿Cuál es su consejo para las nuevas generaciones de científicos?
Que sean curiosos y sigan aprendiendo durante toda la vida. En la universidad aprendes a aprender, a usar las técnicas que desarrollarás en tu trabajo experimental y en tus estudios. Te capacitas para buscar los datos o las pruebas, lidiar con ellos y llegar a una conclusión o pensar cuál es el siguiente paso. El 25 % de nuestros graduados en SNOLAB todavía hacen física, pero el otro 75 % trabajan en ámbitos muy distintos (biomedicina, empresas, el Gobierno...) y usan el mismo enfoque: recoger los datos, interpretarlos y sacar conclusiones. La habilidad que adquieres como investigador se puede aplicar en muchas áreas y es importante para tu éxito futuro.
Además usted también destaca la importancia de la diversión...
Desde luego. Tienes que disfrutar con lo que haces. Investigar es una oportunidad maravillosa para responder preguntas fundamentales sobre el universo que nos rodea, pero al hacerlo en estas grandes colaboraciones, también es maravilloso interactuar con otras personas de países distintos. He tenido una estancia estupenda en España, visitando la Alhambra, asistiendo al congreso, conociendo la cultura y el modo de vida. Todo esto es muy inspirador.
Es divertido trabajar con otras personas que tienen un objetivo similar, haciendo algo que realmente vale la pena, así que sí: hay que divertirse, tener sentido del humor. Como decía el profesor Willy Fowler, que también recibió el Nobel de Física, “a las estrellas a través del trabajo duro y la diversión”.
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