Selección Española de la Ciencia 2016: Juan José Gómez Cadenas

En Canfranc, a 1.200 m de profundidad bajo las pistas de Candanchú, Juan José Gómez Cadenas, miembro de la Selección Española de Ciencia 2016, intenta demostrar que el neutrino es su propia antipartícula. 

Para lograr demostrar sus teorías, Juan José Gómez Cadenas y su equipo se encierran en el Laboratorio Subterráneo de Canfranc (LSC) donde está instalado el experimento NEXT. A primera vista, las instalaciones tiene algo de fábrica futurista. Destaca el enorme sarcófago de plomo (“nosotros preferimos llamarle castillo, queda menos tétrico”, nos asegura) en cuyo interior se sitúa, sobre una plataforma antisísmica, una vasija de acero-titanio que contiene 100 kg de xenón a alta presión. El xenón es en sí mismo un elemento relativamente raro, que se encuentra en proporciones minúsculas en la atmósfera. El que usa el experimento NEXT es más raro todavía: “está enriquecido al 90% en el isótopo xenón-136 que es el único que pude experimentar una desintegración doble beta sin neutrinos”, nos asegura Gómez Cadenas. “Se compró en Rusia, hace unos años, a un precio de ganga (hoy cuesta casi diez veces más) y las gestiones fueron bastante rocambolescas, el xenón se enriquece usando centrifugadoras cuyo cometido, en otros tiempos, era enriquecer uranio. El negocio en Rusia está en manos de militares y mis interlocutores solían ser antiguos comandantes y hasta algún coronel del ejército rojo”. El interior de la vasija a presión de NEXT está equipado con sensores ópticos ultra-sensibles que, en esencia, son capaces de obtener una película continua (“hacemos una foto cada millonésima de segundo”) de las partículas que se propagan en el interior del xenón. “Buscamos una señal muy concreta, la súbita aparición de dos electrones de energía muy bien definida en el interior de la cámara. El problema es que el ruido de fondo, debido a la radioactividad natural es muy alto, a menudo me preguntan si el problema es tan difícil como buscar una aguja en un pajar y yo contesto. ¡Ya me gustaría a mí! Es más parecido a buscar un grano de arena en una playa”.

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P. La gente debe de mirarle con extrañeza cuando le dice usted que se dedica la física de partículas.

R. Hace 30 años nadie sabía lo que era eso. Un día, siendo yo muy joven, mi padre le contaba a un tío mío, fabricante de muebles, que yo estaba estudiando neutrinos en Stanford con una beca Fullbright. Mi tío le dejó hablar un rato y al rato le dijo “O sea, que el chaval está parado”. Esto resume muy bien lo que era mi vida en aquella época. Yo estaba centrado en la física de partículas, que ya era raro y encima neutrinos, que aún era más extraño. Pero todo cambió cuando “se descubrieron” los neutrinos superlumínicos. Aunque se trataba de un error, tuvo el efecto colateral de llamar la atención de la gente sobre esta partícula. Todo ello, junto con el reciente premio Nobel al japonés Takaaki Kajita (por cierto, un buen amigo) y al canadiense Arthur McDonald por el descubrimiento de la oscilación de estas partículas, ha hecho que ahora, cuando explico a qué me dedico, la gente me mire, como pensando “no entendemos muy bien lo que son los neutrinos, pero sabemos que es algo importante”.

Un neutrino es el pedacito más diminuto que nos podemos imaginar de realidad, el más sencillo del universo

P. ¿Qué es un neutrino?

R. Es el pedacito más diminuto que nos podemos imaginar de realidad, el más sencillo del universo. Es una partícula elemental, no se puede dividir. Aparece como producto final de las desintegraciones radioactivas. En el plano metafórico, viene a ser como la basurita final en la que acaba todo. No interacciona, no tiene apenas masa, ni carga eléctrica, la materia le de igual. Ni te ven ni les ves. Es un pedacito de casi nada.

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P. ¿Todo termina… o en realidad todo “empieza” en los neutrinos?

R. Uno podría decir que todo termina porque el universo se va llenando lentamente de neutrinos a medida que se van consumiendo las estrellas (lo que sale del Sol es precisamente luz y neutrinos). Pero quizá también la pregunta de si todo empieza en ellos tenga sentido. Y la posibilidad de que sea así es la razón por la que estamos llevado a cabo el experimento NEXT. El universo que conocemos está hecho de materia, apenas vemos trazas de antimateria. Pero en todos los experimentos que llevamos a cabo, por ejemplo en el CERN, nos encontramos con que producimos idénticas cantidades de ambas. ¿Por qué, entonces, el universo no está hecho de las mismas cantidades de una que de otra? De hecho, la pregunta es aún más dramática. ¿Por qué existe el Universo? Si la cantidad inicial de materia y antimateria era idéntica, lo normal es que una y otra se hubieran aniquilado y el universo que conocemos nunca se habría formado.

P. Pero el Universo existe.

R. ¿Afortunadamente, no? Creemos que eso se debe a que en el universo primitivo, “algo” introduce una pequeña asimetría entre materia y antimateria. Allá por 1938, el malogrado genio italiano Ettore Majorana, propuso que el neutrino puede ser su propia antipartícula. Se trata de una idea muy profunda. La mayoría de las partículas sólo pueden ser materia o antimateria. El electrón, por ejemplo, tiene carga negativa. Su partícula de antimateria, que se llama positrón, la tiene positiva, no hay forma de confundirse. Pero el neutrino no tiene carga eléctrica. De hecho no tiene ninguna carga que le obligue a ser materia (como el electrón) o antimateria (como el positrón). Y en general, si las leyes de la física no prohíben un fenómeno, entonces, a menudo, ese fenómenos puede darse. De ahí que, si nada prohíbe que el neutrino sea su propia antipartícula, entonces podría serlo. Pero eso implicaría que tendría propiedades de materia y antimateria como si fuera un agente doble. Y como tal, tiene su propia agenda y quizás se desintegra un poquito más a materia que a antimateria (un fenómenos que los físicos denominamos violación ce CP, y que de hecho hemos medido en el sector de quarks, hay varios experimentos en marcha para demostrar que la violación de CP también se da entre los neutrinos). Pues bien, si se dan ambas condiciones, eso es que el neutrino es una partícula de Majorana (materia y antimateria a la vez) y viola CP, entonces en el universo primitivo, toda la materia original se aniquila con la antimateria, menos un pequeño exceso que introducirían las desintegraciones de un neutrino primigenio. El resultado de ese desequilibrio es lo que conforma el universo. Somos los restos de un naufragio cósmico. Por lo tanto, todo podría comenzar también en el neutrino. Con el proyecto NEXT queremos corroborarlo.

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P. ¿Y si resulta que el neutrino no es su propia antipartícula?

Estaremos contentos tanto si lo demostramos como si no. Si es su propia antipartícula, tendremos una explicación del origen del universo. Si no lo es, nuestras teorías habrían fallado y tendríamos que calentarnos aún más la cabeza. Eso a más de un físico teórico le haría infeliz, pero a los experimentales nos valen las dos opciones. Queremos saber como es la naturaleza, aunque a veces (en realidad muy a menudo) nos sorprenda!

P. Cómo se distingue la materia de la antimateria.

Fijándote en la carga. Si tu tienes una partícula que parece un electrón, pero con carga negativa sabes que es materia, si la tiene positiva es antimateria. Precisamente por eso, como el neutrino no tiene carga eléctrica, puede jugar a las dos cosas.

Cuando la situación política en España me desalienta, miro a los jóvenes de mi equipo y pienso: hay esperanza

P. ¿Cómo es un día en el laboratorio subterráneo de Canfranc?

R. Muy ocupado y a menudo bastante estresante. Piensa que el acceso al área experimental (le llamamos “la Caverna”) se realiza a través del túnel carretero de Somport (sales por la antigua vía del ferrocarril). Es una maniobra delicada y por tanto no puedes estar entrando y saliendo cada hora. Así que solemos llegar sobre las 9, salimos a comer sobre las 2 pm (en Canfranc estación nos conoce ya todo el mundo y nos tratan muy bien, la gente es extremadamente amable) volvemos a eso de las 3:30 pm y hasta que nos cansamos que suele ser sobre las 8 pm. Los fines de semana se suele trabajar también. A menudo nos dicen, “que suerte trabajar en Canfranc, con lo bonito que es el sitio”, y es verdad, el entorno no puede ser más bello. Pero por desgracia somos como los enanos de las minas de Moria en El señor de los Anillos, pasamos la vida bajo tierra. En verano es duro, porque fuera hacen días maravillosos y te tienes que encerrar en una sala climatizada con luz artificial. En invierno, más duro todavía, entras casi de noche y sales de noche cerrada. Pero es la vida que hemos escogido. Los equipos en Canfranc se turnan cada semana. Normalmente hay un par de ingenieros y un par de físicos, mi grupo está compuesto más o menos con un 50% de ingenieros mecánicos y electrónicos, que se ocupan de la parte tecnológica y un 50% de físicos, pendientes del aparato y los datos. Es un equipo joven, devoto, muy internacional (en el equipo hay gente de USA, Italia, Bélgica, Luxemburgo, Escocia y Rusia, además de españoles), y muy experto, casi todos se han formado en los ocho años que llevamos funcionando y la mayoría andan por los treinta y pocos. Es un auténtico lujo trabajar con ellos, una de las razones por las que este oficio merece la pena. La dedicación de estos jóvenes a su trabajo, su vocación, su inteligencia y su enorme preparación son asombrosas. Si de algo me siento orgulloso es de haber formado este grupo. Y cuando la situación política en España me desalienta, los miro a ellos y pienso. Hay esperanza.

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P. ¿Pero por qué necesitan esconderse bajo una montaña para hacer su ciencia?

R. Por culpa de la radioactividad natural. Buscamos una señal que tiene una vida media de 10 elevado a 26 años (imagina un uno seguido de 26 ceros). Y la radiactividad natural tiene una vida media de diez elevado a diez, que es tan larga como la vida del Universo, así que el proceso que buscamos está en la escala de 16 universos uno detrás del otro. El problema no es buscar una aguja en un pajar, ya nos gustaría, sino encontrar un grano de arena en la Playa de la Concha. Por eso necesitamos optimizar las condiciones al máximo. Esa es la razón por la que nos metemos debajo de la montaña del Tobazo, en Canfranc, a 1.200 metros de profundidad de las pistas de Candanchú. Si los rayos cósmicos cayeran en nuestro detector generarían un ruido de fondo intolerable. El castillo de plomo en el que encerramos el detector nos blinda de la radioactivdad que emana de las rocas del laboratorio. Dentro de la vasija de NEXT tenemos una camisa de cobre de 12 cm de espesor (el cobre apenas tiene trazas de radioactividad) que nos blinda de la radioactividad residual que se escapa del plomo. También tenemos que protegernos del gas radón que emanan las propias paredes de la roca. Para ello, el aire que entra en la zona del detector pasa por un sistema de filtrado. Y finalmente la señal que buscamos es muy característica y usamos sus propiedades para separarla del ruido de fondo.

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P. Usted ha publicado varias novelas. La última, Spartana. ¿Es usted más físico o novelista?

R. Soy irremediablemente bígamo. Cuando estoy con una quiero a la otra y viceversa. A los 14 años mi profesor de Latín me adoraba y quería que fuera latinista y mi profesora de Matemáticas que fuera matemático. Como ella era más guapa, ganó. En Stanford, durante mi postdoc, iba a las reuniones de poetas en San Francisco, a leer poesía y a juntarme con la panda de escritores latinos que pululaba por Misión Dolores. Siempre he tenido claro que mi profesión (mi esposa) era la ciencia, la literatura ha sido y sigue siendo una cruel amante. Pero lo cierto es que necesito escribir como forma de expresarme y de encontrarme a mí mismo. Cuando me embarco en una novela o libro de relatos, normalmente entre dos grandes proyectos o investigaciones y aprovechando que mi mujer y mi familia tienen mucha paciencia, termino agotado y me digo, “menos mal que soy científico”.

P. ¿Qué haría si tuviera el presupuesto de La Roja de fútbol?

R. Para la etapa siguiente del experimento, en la que quizá necesitemos una tonelada de xenón, harán falta unos 50 millones, pero en general estos experimentos se financian vía colaboraciones internacionales. En estos últimos años mi grupo ha funcionado gracias al apoyo de un Advanced Grant del ERC y varios proyectos de investigación de la Secretaria de Estado de I+D. Mi grupo cuenta con unas 20 personas, entre científicos e ingenieros. Si sumamos los gastos de personal, de equipos y de operación, necesitamos del orden de un millón al año y eso es porque casi nadie tiene puestos permanentes o mínimamente estables, los sueldos de mis post-docs e ingenieros salen de mis proyectos, una situación absurda, ya que se trata, como te he comentado de gente de una valía excepcional y no parece que el sistema de ciencia español sea capaz de retener ni siquiera a los mejores, el número de plazas permanentes o de contratos de larga duración que se están produciendo en los últimos años es muy escaso y la consecuencia es la fuga irreparable de talento. No sé cuánto gana un futbolista de La Roja, pero los mejores equipos de investigación de este país harían maravillas con 1 millón al año. Necesitamos desesperadamente más inversión en ciencia y tecnología porque un país que no está basado en la innovación y en la creación es un país condenado a ser un área de servicios. Empezaría por multiplicar por tres el presupuesto para ciencia para estar a la altura de Europa. España necesita una inversión extra para empezar a dar soluciones a esta sociedad. También gastaría en inversión pública innovadora. Intentaría que ese dinero fuera a empresas de alta tecnología que de verdad quisieran trabajar codo con codo con los científico

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