Por qué la búsqueda de materia oscura depende de antiguos naufragios

Ratio: 5 / 5

Inicio activadoInicio activadoInicio activadoInicio activadoInicio activado
 
Por qué la búsqueda de materia oscura depende de antiguos naufragios - 5.0 out of 5 based on 1 vote

naufragio con plomo antiguo

Plomo del fondo del mar es utilizado por físicos de partículas

Las partículas radiactivas errantes de los materiales cotidianos son un importante obstáculo para los experimentos

En 2017, Chamkaur Ghag, físico del University College London, recibió un correo electrónico de un colega en España con una tentadora oferta. El año anterior, un profesor emérito de la Universidad de Princeton, Frank Calaprice, se enteró de viejos barcos españoles que se habían hundido en la costa de Nueva Jersey hace 400 o 500 años, mientras transportaban una carga de plomo.

Calaprice obtuvo algunas muestras de este plomo y las envió a España, donde un laboratorio subterráneo en los Pirineos comprobó su radioactividad. Era baja: justo lo que esperaba Aldo Ianni, el entonces director del Laboratorio Subterráneo de Canfranc. Ahora ese plomo hundido se ofrecía a cualquier laboratorio de física dispuesto a pagar 20 euros por kilogramo, un precio bastante alto.

El plomo se extrae y se refina en todo el mundo, pero ese plomo centenario, hundido en un naufragio, tiene una rara cualidad. Después de estar asentado bajo el agua desde antes del nacimiento de los Estados Unidos de América, su radioactividad natural se ha deteriorado hasta un punto en el que ya no está escupiendo partículas. Para los físicos de partículas, eso lo hace excepcionalmente valioso.

"Es algo así como polvo de oro", dice Ghag.

Olvídate del plutonio: muchos objetos cotidianos, desde cerámica y vidrio hasta metales y plátanos, son radiactivos en diversos grados. Si las partículas de su descomposición golpean los detectores de los experimentos de física de partículas, podrían dar falsos positivos a los científicos y cavar baches en el camino hacia el descubrimiento científico. Incluso los experimentos en sí, construidos a partir de todo tipo de metales, tienen componentes ligeramente radiactivos.

Solo unas pocas pulgadas de plomo pueden proteger a los detectores de todo tipo de radiación maliciosa, y una de las mejores formas de bloquear partículas furtivas y no deseadas es rodearlas con plomo que en sí mismo es apenas radioactivo. La mejor fuente de este tipo de plomo son los barcos hundidos, algunos de los cuales han sido cadáveres cerca de las aguas costeras durante dos milenios.

Los experimentos de física de partículas buscan los componentes básicos más fundamentales del cosmos, incluida la materia oscura, una sustancia aún no vista que actúa como pegamento dentro y entre galaxias. Este antiguo plomo está ayudando a la humanidad a descubrir los secretos del universo, pero obtenerlo a menudo presenta incertidumbres prácticas y éticas.

El plomo naufragado pertenece a una clase de artículos conocidos como materiales de bajo fondo, que tienen niveles muy bajos de radiactividad intrínseca. No existe un estándar acordado para lo que constituye un material de bajo fondo, pero, según la sensibilidad a la radiación de fondo de un experimento, está claro qué nivel se necesita, dice Alan Duffy, astrofísico de la Universidad Tecnológica de Swinburne. "Si estás construyendo un contador Geiger, necesitas que el contador Geiger no se contamine por sí mismo", dice.

Tomemos acero: es un excelente escudo contra la intrusión de partículas vagabundas, tanto es así que Fermilab, un laboratorio de física y acelerador de partículas en Illinois, ha usado toneladas de él en las últimas décadas para proteger sus propios experimentos, dice Valerie Higgins, historiadora y archivera de Fermilab. Ese acero con frecuencia provenía de buques de guerra desmantelados, muchos de los cuales existieron en la época de la Segunda Guerra Mundial o la Guerra de Corea, o sirvieron en ellas, incluidos el Astoria, el Roanoke, el Wasp, el Philippine Sea y el Baltimore.

El momento de esos conflictos es importante. A las 5:29 a.m. del 16 de julio de 1945, tuvo lugar la primera detonación de un dispositivo nuclear en el desierto de Jornada del Muerto, en Nuevo México. Había comenzado la era atómica, y con cada bola de fuego nuclear subsiguiente, se esparcían más consecuencias radiactivas sobre el mundo.

Durante la Guerra Fría, esa contaminación atmosférica radiactiva se absorbió sin esfuerzo en los altos hornos cuando se fabricó acero, dice Duffy. Esto infundió radiación en el producto final, haciéndolo inadecuado para muchos experimentos de física.

Los tratados de prohibición de pruebas nucleares significan que el mundo es hoy menos radiactivo artificialmente, pero aún es lo suficientemente radiactivo como para que las partículas se cuelen en el acero. El acero de bajo fondo puede fabricarse en un ambiente sellado, a menudo a un costo considerable, pero de lo contrario la mejor fuente son los buques de guerra desmantelados, construidos antes de que la prueba Trinity creara una vidriosa cicatriz en la tierra de Nuevo México. No solo es mínimamente radiactivo, sino que es notablemente barato.

Sin embargo, aunque el acero sirve bien para todo tipo de experimentos de física de partículas, el plomo reina supremamente en la búsqueda de materia oscura.

La materia oscura constituye el 83 por ciento de todas las cosas en el universo. Eso claramente hace que valga la pena estudiarla, pero los científicos no pueden detectarla actualmente. En su búsqueda de esta sustancia inconvenientemente elusiva, han construido todo tipo de experimentos para intentar detectarla directamente o utilizar la presencia de otras partículas para demostrar su existencia. Muchos de estos experimentos, desde el SuperCDMS SNOLAB planeado en Ontario, Canadá, hasta la familia de detectores en funcionamiento dentro del Laboratorio Subterráneo de Canfranc en los Pirineos españoles, se construyen en el subsuelo profundo, donde la radiación de la superficie no puede atravesar e interferir con sus detectores.

Al ser almas sensibles, esos detectores aún necesitan protección contra su entorno y el medio ambiente. Cada experimento de materia oscura tiene una tolerancia diferente para la radiación de fondo. Para determinarla, "esencialmente construyes un detector virtual" para ver qué materiales de protección podrían ser mejores, dice Duffy.

A veces es suficiente un tanque de agua o algo de plástico para evitar que partículas como los neutrones golpeen accidentalmente el detector, explica Ghag. Pero bloquear los rayos gamma para algunas configuraciones experimentales puede requerir cobre o plomo.

El plomo antiguo hundido es ideal, no solo porque su isótopo inestable de plomo-210 se habría desvanecido durante siglos en plomo estable-206; el mar también lo ha protegido de los rayos cósmicos, que pueden impulsar la radiactividad de un material. Calaprice, que ayudó a diseñar componentes de varios experimentos de materia oscura [PDF], fue después de que los españoles se dirigieran a las costas de Nueva Jersey por estas razones.

Esa carga en particular aún no se ha recogido, pero comprar alrededor de estos hallazgos es una rutina. De vez en cuando, explica Ghag, "algún laboratorio subterráneo dirá: 'Oye, hay una oportunidad de comprar una carga de plomo antiguo, ¿quién acepta?'" Luego se subasta, si el material sumergido se puede recuperar y hay suficiente interés de varias partes.

En las aguas de Europa y sus alrededores, el plomo de fondo bajo a menudo se encuentra en barcos hundidos de la antigua época romana. Originalmente forjado en monedas, materiales de construcción y armas de guerra, ahora se extrae y se vende, entre otros, a físicos de partículas.

lingote romano de plomo

Algunos arqueólogos se han preguntado abiertamente si vale la pena sacrificar los tesoros arqueológicos en nombre de la ciencia. A partir de 2010, por ejemplo, el Observatorio subterráneo criogénico para eventos raros en Italia obtuvo cientos de lingotes de plomo para sus experimentos, todo con la esperanza de resolver el enigma de por qué la materia, no la antimateria, domina el universo. Esos lingotes provenían de una embarcación romana frente a las costas de Cerdeña, que se hundió hace unos 2.000 años y tiene un considerable valor arqueológico. Cada uno de ellos estaba inscrito con sellos que revelan su historia de fabricación. Aunque la mayoría de los 1.000 lingotes extraídos del barco se dejaron intactos y se pusieron a disposición para su estudio en el Museo Arqueológico Nacional de Cagliari, 270 de ellos se fundieron para ser utilizados en experimentos de física.

En 2013, Elena Pérez-Álvaro, entonces estudiante graduada de arqueología en la Universidad de Birmingham, abordó este dilema. Se aplicó a todos los venerables naufragios submarinos ricos en material de bajo fondo, muchos de ellos cápsulas del tiempo de la historia humana. La Convención de 2001 sobre la Protección del Patrimonio Cultural Subacuático está destinada a evitar que se expolien los restos esqueléticos de estos buques. Pero, como señaló Pérez-Álvaro, la convención tiene un punto ciego: aunque exige la protección de los sitios hundidos del patrimonio cultural de la recuperación comercial, no dice nada sobre si pueden ser rescatados para uso científico.

En 2015, en un artículo que fue coautora con Fernando González-Zalba del Laboratorio Hitachi Cambridge, Pérez-Álvaro concluyó que ninguna técnica comercial puede producir la calidad del plomo que los científicos necesitan para los experimentos con materia oscura. Por lo tanto, vale la pena recuperar el plomo antiguo, en opinión de los investigadores, pero las solicitudes deben analizarse cuidadosamente caso por caso para ver si los físicos realmente necesitan plomo en lugar de, por ejemplo, plástico o acero.

“Tenemos que tener reglas; tenemos que tener límites ", enfatizó Pérez-Álvaro, ahora directora gerente de Licit Cultural Heritage. "No se trata solo de chatarra que las personas pueden desenterrar". Sin embargo, hasta ahora, ninguna de las instituciones que podrían imponer tales regulaciones ha asumido la tarea, dice González-Zalba.

Incluso si surge un marco de asesoramiento para la adquisición y el uso de plomo antiguo y otros materiales de bajo fondo, no necesariamente regulará su extracción.

antiguo naufragio

En los últimos años, los buques de guerra de la Segunda Guerra Mundial han desaparecido de las costas de Malasia, Indonesia y Singapur, destrozados ilegalmente por buzos de salvamento. Muchos de estos barcos eran tumbas de guerra, que contenían cientos de cadáveres. Es posible que algunos de esos buzos hayan estado buscando acero de fondo bajo. Es posible que los compradores no quieran usar material de bajo fondo de origen poco ético pero, para cuando lo reciban, es posible que no tengan forma de determinar su procedencia.

Aunque no es tan moralmente repugnante como las tumbas de guerra saqueadas, los orígenes del plomo de antiguos naufragios culturalmente significativos pueden estar igualmente empañados. "Creo que a menudo, simplemente no nos importa lo suficiente como para comprobar eso", dice Ghag. "Es lo que es. Estamos más preocupados por el costo".

González-Zalba explica que los romanos producían alrededor de 88.000 toneladas de plomo cada año, y muchos experimentos requieren solo una pequeña fracción de esto. Los científicos, dice, también son cada vez más conscientes y sensibles a los dilemas éticos que rodean la extracción de materiales de bajo fondo.

Los físicos de partículas deben tener en cuenta el patrimonio cultural y los orígenes de sus materiales, dice Duffy. Pero él enfatiza que el material de bajo fondo es "ciertamente tratado" como un recurso precioso y no se usa sin consideración.

El peligro real, sospecha González-Zalba, proviene de la floreciente industria de la microelectrónica. Los microchips, que se encuentran en todas las computadoras y teléfonos inteligentes, tienden a necesitar componentes de plomo de bajo nivel. Aunque la industria podría usar plomo recién producido, dice, los fabricantes a menudo eligen plomo antiguo porque es un orden de magnitud más barato. "Esta es la aplicación que más me preocupa, porque es una aplicación comercial", dice González-Zalba. "No es una aplicación en beneficio de la humanidad".

Pero con una cuidadosa consideración, los físicos de partículas pueden lograr un equilibrio ético-práctico. Perseguir la misteriosa materia oscura puede parecer una tarea sisifana hasta el momento en que la encontremos. Pero si lo hacemos, y cuando lo hagamos, tal descubrimiento revolucionará nuestro futuro, y es difícil imaginar a muchas personas argumentando que no valía la pena sacrificar en su búsqueda un trozo del pasado.

Ya que estás aquí...

... tenemos un pequeño favor que pedirte. Más personas que nunca están leyendo Vista al Mar pero muchas menos lo están pagando. Y los ingresos por publicidad en los medios están cayendo rápidamente. Así que puedes ver por qué necesitamos pedir tu ayuda. El periodismo divulgador independiente de Vista al Mar toma mucho tiempo, dinero y trabajo duro para producir contenidos. Pero lo hacemos porque creemos que nuestra perspectiva es importante, y porque también podría ser tu perspectiva.

Si todo el que lee nuestros artículos, que le gustan, ayudase a pagar por ello, nuestro futuro sería mucho más seguro. Gracias.

Hacer una donación a Vista al Mar