Francia y Japón presentan hoy el primer laboratorio internacional de investigación de los dos infinitos, de lo infinitamente grande y de lo infinitamente pequeño, para profundizar simultáneamente en el conocimiento de los dos extremos del universo.
Hoy se presenta en Japón el primer laboratorio internacional de investigación para profundizar simultáneamente en la física de lo infinitamente grande y de lo infinitamente pequeño, conocidos como los dos infinitos.
Se trata de una colaboración entre Francia y Japón para fortalecer las colaboraciones entre ambos países centradas en la física de los dos extremos del universo y desarrollar nuevas áreas de investigación comunes.
La nueva institución científica se llama Laboratorio Internacional de Experimentos de Astrofísica, Neutrinos y Cosmología (ILANCE), el primero de su género en todo el mundo.
Su creación responde a una necesidad imperiosa para el desarrollo del conocimiento científico en un campo tan estratégico como el conocimiento de la materia y la energía.
Tal como explica al respecto el físico francés François Vanucci, la física tiene todavía mucho por hacer. El problema actual es que el conocimiento progresa asintóticamente en el dominio de los dos extremos, lo pequeño y lo grande.
Añade que, en el conocimiento actual del Universo, existen fantásticos enigmas por resolver que necesitan la aproximación de los dos infinitos. ILANCE representa el primer paso internacional en esa dirección.
ILANCE investigará en la mayoría de las áreas de la física subatómica, como la física de partículas del Modelo Estándar y más allá, neutrinos, astropartículas y cosmología, ondas gravitatorias, estructura nuclear y plasma de quarks.
También profundizará en la frontera de la astrofísica, abordando las principales cuestiones de la cosmología, que son la materia y la energía oscuras, para comprender la composición del Universo y su evolución.
Para el desarrollo de esta investigación fundamental, los esfuerzos de ILANCE se centrarán en cinco disciplinas estratégicas para la física de los dos infinitos.
Objetivo: neutrinos
En primer lugar, los neutrinos, que pueden tener la clave de la anomalía detectada por XENON1T, el detector más sensible del mundo para la búsqueda directa de materia oscura. Esa anomalía podría alterar el Modelo Estándar.
La colaboración franco-japonesa en este campo se centrará en una búsqueda sin precedentes del fondo de neutrinos difusos de supernova (DSNB): se trata de una población teórica de neutrinos (y antineutrinos) que se origina acumulativamente a partir de todos los eventos de supernovas que han ocurrido en el Universo.
La detección de los neutrinos difusos de supernova permite investigar la historia de la formación de estrellas, un factor clave en la cosmología, la nucleosíntesis y la evolución estelar. Además, es vital para comprender muchos aspectos del universo actual.
Para el desarrollo de esta investigación Japón reemplazará el actual observatorio Super Kamiokande (Super-Kamioka Neutrino Detection Experiment) por el nuevo observador de neutrinos Hyper-Kamiokande, de un orden de magnitud más grande, en el que participan 13 países de tres continentes.
Hyper-Kamiokande abarcará desde el estudio de la violación CP (que puede explicar por qué existe más materia que antimateria en el universo), hasta la desintegración de protones, neutrinos atmosféricos y neutrinos de origen astronómico.
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El universo primitivo
En este apartado, la colaboración franco-japonesa se propone confirmar experimentalmente la hipótesis de una expansión repentina del Universo en sus edades muy tempranas (inflación cósmica) y caracterizar mejor los procesos que los originaron.
Para ello se apoyará en el proyecto LiteBIRD, una misión satelital de nueva generación que tiene como objetivo detectar la huella de la onda gravitacional primordial en el fondo de microondas cósmico (CMB) y probar los principales modelos de inflación del universo primitivo.
El universo primitivo aglutina las épocas más antiguas de la historia del universo a partir del Big Bang, cuando todavía no se habían formado las estrellas, galaxias, cúmulos y planetas.
La inflación señala que el universo experimentó un período de rápida expansión un instante después de su formación, y proporciona una explicación convincente para las observaciones cosmológicas.
Vanucci explica que los átomos ligeros tardaron en formarse 370.000 años después del Big Bang y que a continuación la materia se estructuró en galaxias y estrellas. Luego aparecieron los planetas, agregando los elementos más pesados producidos en el seno de las estrellas. Todo este proceso será objeto de investigación en el ILANCE.
Materia y energía oscuras
Se trata de otro campo estratégico del conocimiento avanzado: la energía oscura es una forma de energía que acelera la expansión del universo, mientras que la materia oscura, que corresponde aproximadamente al 85% de la materia del universo, no emite radiación electromagnética, por lo que solo sabemos de su existencia por los efectos gravitacionales que ejerce sobre la materia visible.
Un modelo cosmológico conocido como Lambda-CDM explica la naturaleza de estos dos componentes y se ha probado con éxito a través de superordenadores.
La colaboración franco-japonesa profundizará en este conocimiento a partir de los datos que ofrece el telescopio Subaru, el más importante del Observatorio Astronómico Nacional de Japón.
Instalado en Hawai, el telescopio Subaru es líder en el dominio visible y está en el origen de muchos descubrimientos recientes. Por ejemplo, en 2019 desempeñó un papel fundamental en la detección de un grupo de protogalaxias formado por doce galaxias situadas a más de 13.000 millones de años luz de la Tierra.
Este descubrimiento se considera un gran hallazgo de cara a ampliar el conocimiento sobre la era inicial del universo primitivo, cuando el cosmos tenía solo unos 800 millones de años.
Ondas gravitatorias
Las ondas gravitatorias son fluctuaciones generadas en la curvatura del espacio-tiempo, que se propagan como ondas a la velocidad de la luz. Estas ondas contraen y estiran cualquier cosa que encuentran en su camino.
La detección de ondas gravitatorias constituye una nueva e importante validación de la teoría de la relatividad general, por lo que en la actualidad existen diferentes proyectos de observación de ondas gravitatorias, como LIGO (Estados Unidos) o Virgo (Francia e Italia), entre otros.
Para profundizar en este conocimiento, ILANCE se apoyará en el detector de ondas gravitacionales Kamioka (KAGRA), perteneciente al Instituto de Investigación de Rayos Cósmicos (ICRR) de la Universidad de Tokio.
Es el primer observatorio de ondas gravitacionales de Asia, el primero en el mundo construido bajo tierra y el primero en cuyo detector se utilizan espejos criogénicos.
Física de partículas y detectores
En este capítulo, ILANCE se propone investigar las propiedades del bosón de Higgs con el apoyo del experimento ATLAS, uno de los siete detectores de partículas construido en el Gran Colisionador de Hadrones (LHC), y del International Linear Collider (ILC), un acelerador lineal electrón-positrón.
El bosón de Higgs, que requirió 20 años de trabajo de investigación, fue observado por primera vez en 2012 en el LHC. Probablemente será reemplazado por un acelerador aún mayor que podría instalarse en Japón.
Un premio Nobel al frente
Michel Gonin, director de investigación del CNRS en el Laboratorio Leprince Ringuet, es el director de ILANCE, y el director adjunto es Takaaki Kajita, físico japonés conocido por sus experimentos para el estudio y análisis de los neutrinos en el Super-Kamiokande.
En 2015 le fue otorgado el premio Nobel en Física, juntamente con el físico canadiense Arthur B. McDonald, por haber descubierto la débil masa, pero no nula, de los neutrinos.
Para los artífices de ILANCE, este lanzamiento significa que estamos en los albores de proyectos muy grandes que deberían responder a preguntas cruciales sobre los dos infinitos, el Universo y la física de partículas, tal como explican en un comunicado.
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