El proyecto Qubic de cosmología experimental tiene un objetivo que trasciende la disciplina científica y se codea hasta con la filosofía: registrar la primera prueba experimental de la gran explosión que dio origen al universo de acuerdo a la teoría más aceptada: el Big Bang. Los primeros instantes del origen de todo, en resumen. Y está asentado en la provincia de Salta, a punto de iniciar sus observaciones tras el arribo a la Argentina, desde Francia, del instrumento principal que echará a rodar esta colaboración internacional, un bolómetro de microondas.
“Desde Buenos Aires va a Salta ciudad. Allí será ensamblado, probado y deberá pasar los tests de aceptación. Luego, será montado en su sitio final, en la zona de Alto Chorrillo. Y a principios de 2022 ya va a poder mirar el cielo”, anticipó al portal Nex Ciencia Alberto Etchegoyen, representante argentino frente al comité internacional Qubic.
El proyecto incluye instituciones científicas de Italia, Irlanda, Francia, Reino Unido, Estados Unidos y la Argentina. En el país, intervienen elEstado salteño, el Ministerio de Ciencia de Nación, la Comisión Nacional de Energía Atómica (CNEA) y el Conicet.
El observatorio está a 16 kilómetros de San Antonio de los Cobres, a casi 4.900 metros de altura. Será en breve un polo astronómico, porque en el mismo cerro donde funcionará el proyecto Qubic está Llama (Large Latin American Millimeter Array), un emprendimiento argentino-brasileño que permitirá realizar investigaciones cosmológicas profundas. Los dos compartirán la infraestructura: provisión de agua, líneas de energía y caminos.
El lugar elegido es clave: a esa altura, es mínimo el vapor de agua en la atmósfera que degrada la sensibilidad de los telescopios. El ambiente extremadamente seco de la Puna permite una atmósfera cristalina que es un plus para mirar las profundidades del cosmos. Allí estará el nuevo instrumento, que cuesta nada menos que cuatro millones de euros y se utilizará para intentar probar la Teoría Inflacionaria: la que explica la expansión a niveles extremadamente rápidos durante los primeros instantes de la formación del Universo.
La provincia de Salta cedió en comodato al Conicet, por 20 años, un área de 400 hectáreas para desarrollar el polo astronómico que será un enclave de importancia global. El proyecto Qubic ocupará poco más de una hectárea.
Qubic iba a estar en otra geografía. La idea original fue centrarlo en el Polo Sur. “Hace unos tres años, nos vinieron a buscar por nuestra experiencia en Auger, porque habíamos adquirido cierto nivel de reconocimiento en la generación y en llevar adelante durante años, en forma coherente, grandes proyectos internacionales”, relata Etchegoyen, director del observatorio astronómico Pierre Auger, en Mendoza.
“Nos vinieron a buscar y nos involucramos fuertemente. Ahora estamos muy contentos porque llegó al país el instrumento que se hizo en distintos lugares de Europa, fundamentalmente en Francia, Italia y Gran Bretaña. En la Argentina, estamos haciendo la montura y la nueva microelectrónica y electrónica. El sistema de detección de Qubic no es una trivialidad y nuestro aporte es crucial”, se enorgullece el también director del Instituto de Astrofísica de Partículas que depende de la CNEA, el Conicet y la Universidad Nacional de San Martín (Unsam). En el país, son medio centenar los especialistas que intervienen.
La primera ola: vestigios del origen de todo
Qubic es por Q & U Bolometric Interferometer for Cosmology. El objetivo del proyecto es encontrar, por primera vez, la polarización de la radiación del fondo cósmico de microondas (CMB) que produjeron las ondas gravitacionales primordiales en los primeros instantes del universo. La radiación remanente de ese inicio, a partir del desacoplamiento de los fotones de la materia, fue durante el Universo temprano, 380.000 años después del Big Bang, evento originario sucedido hace unos 13 800 millones de años.
“Estamos hablando de fracciones de segundo posteriores a la creación del universo. Sería la primera prueba experimental observacional de la creación del universo. El modelo cosmológico estándar Big Bang es aceptado por todos, pero la física o astrofísica es una ciencia experimental, se debe medir. Eso es lo que queremos hacer. Y sería la primera vez que se hace. Es de suma trascendencia”, explica y pone en contexto Etchegoyen.
Qubic se aprovecha de dos tecnologías que busca potenciar mutuamente. Una remite a los bolómetros, palabra que proviene del griego y significa medición de haz de luz. Son microsensores que trabajan a muy bajas temperaturas y, al detectar la radiación de fondo cósmico de microondas –vestigio del universo primitivo–, se calientan y cambian la resistencia eléctrica de su material, que es la que se mide. Otro tipo de sensores de luz en el equipo son los interferómetros, que permiten determinar la longitud de onda de la luz incidente. “Lo que hace único a Qubic es la unión de ambas tecnológicas: interferometría bolométrica, que permite un bajo ruido y distinguir de otras señales contaminantes provenientes de nuestra galaxia”, destaca el informe de prensa.
Es que la muy débil señal polarizada del fondo cósmico requiere experimentos complejos y sensibles, mucho más que los desarrollados hasta el momento.
Un instrumental de última generación
El instrumental que se montará en la puna salteña está contenido en una carcasa cilíndrica –criostato– de 1,8 metro de alto y 1,6 de diámetro, que lo mantiene a -269°C.
Está abierto al cielo por una ventana de 45 centímetros de diámetro de polietileno rígido de alta densidad, transparente a la radiación de microondas que se pretende medir. El equipo examinará el espacio en dos frecuencias: 150 y 220 giga hertz. Registrará esa radiación con la novedosa técnica híbrida de interferometría y bolometría. Para ello, tiene 1024 fotodetectores.
Para detectar la señal, el criostato estará refrigerado globalmente a esos -269,15 °C, solo 4°C por sobre el cero absoluto. Pero los sensores bolométricos deben trabajar a temperaturas 10 veces menores, lo que obligó al diseño de un complejo sistema de refrigeración.
Hasta finales de 2019, el costo de este primer aparato junto con los gastos por infraestructura en el sitio, salarios y viajes involucrados, ascendía a 15.813.000 euros.
“Esto tiene impacto en todo, no solo en la ciencia. En la sociología o la filosofía, en las indagaciones existenciales. ¡Cómo cambió todo desde que se pensaba que la Tierra era el centro del universo!”, expone Etchegoyen sobre la caja de Pandora que abrirá el proyecto a partir del próximo año.
Un paso trascendente sobre el primer paso
El fondo cósmico fue detectado por primera vez en 1964. Sus muy pequeñas fluctuaciones de temperatura, en 1992 y gracias al satélite Cobe. Los dos hallazgos fueron reconocidos con sendos premios Nobel y se inscriben entre los principales avances científicos del siglo XX. Las misiones WMAP (sonda estadounidense de la Nasa, entre 2001 y 2010) y Planck (programa científico Horizon 2000 de la Agencia Espacial Europea, entre 2009 y 2013) mejoraron la resolución angular y alcanzaron una mayor sensibilidad en las mediciones.
Los estudios profundizados en el siglo XXI por esos telescopios espaciales WMAP y Planck generaron una comprensión más profunda de la historia del Universo, pero no alcanza. Lo que sigue es el proyecto Qubic, con domicilio en la Argentina.
Colaboración internacional
Las instituciones que participan del proyecto Qubic son la APC Paris, CSNSM Orsay, IAS Orsay, IEF Orsay, IRAP Toulouse, LAL Orsay, de Francia, Universita di Milano-Bicocca, Universita Degli Studi di Milano, Universita La Sapienza, de Italia, Maynooth University de Irlanda, Cardiff University y University of Manchester del Reino Unido, y sus pares de Estados Unidos de Brown, Richmond y Wisconsin.
Por la Argentina participan el Conicet, la CNEA, la Universidad Nacional de La Plata a través de la Facultad de Ciencias Astronómicas y Geofísicas, el Instituto de Tecnologías de Detección y Astropartículas (Iteda) y el Instituto Argentino de Radioastronomía.
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