Laboratorios subterráneos: investigación desde las entrañas de la Tierra

A una profundidad de uno a tres kilómetros debajo de nuestros pies, o inmersos en las entrañas de una montaña, existen laboratorios en los que se miden partículas que llegan del espacio exterior, como la materia oscura y los neutrinos.

Son lugares en los que se cuenta con tecnología que parece sacada de una novela de ciencia ficción: grandes esferas de metal y acrílico en cuyo interior se encuentran cientos de artefactos parecidos a focos brillantes, encargados de captar las señales que después serán transmitidas a una computadora para extraer información sobre estas astropartículas.

En estos laboratorios subterráneos se dispone de los más estrictos sistemas de seguridad y limpieza, porque incluso una partícula de polvo puede intervenir en el experimento. En todo el mundo existen alrededor de 12 de ellos, los cuales se ubican en Estados Unidos, en Canadá, en la frontera entre Francia y España, en Inglaterra, Italia, China y en Japón.

El doctor Eric Vázquez Jáuregui, del Laboratorio de Instrumentación para detectores de neutrinos y de materia oscura del Instituto de Física de la UNAM, explica que algunos de estos sitios fueron construidos aprovechando la existencia de una mina, cuya infraestructura es utilizada para el ingreso del personal y la colocación de los detectores. Ejemplo de ello es el SNOLAB ubicado en Canadá.

En otros casos se excava un túnel directo hacia el centro de una montaña en donde se coloca el laboratorio; como es Jinping, en China. O incluso se aprovecha que una montaña fue perforada para construir una carretera y en algún punto al centro de esta perforación se colocan los instrumentos para hacer ciencia, como el Gran Sasso de Italia.

• Los laboratorios subterráneos se empezaron a construir alrededor de mediados del siglo pasado. Primero se utilizaron para estudiar neutrinos y hoy también trabajan en la búsqueda de materia oscura. El premio Nobel de Física de 2002 se otorgó a Raymond Davis Jr. por el estudio de los neutrinos en experimentos realizados en este tipo de cavernas.

La idea de construir estos laboratorios bajo tierra, explica el doctor Vázquez Jáuregui, es porque en la superficie hay presencia de rayos cósmicos que llegan todo el tiempo del espacio exterior. Sin embargo, son muy abundantes e interactúan tanto que se convierten en “ruido” que interviene en la identificación de partículas de neutrinos o de materia oscura.

El especialista en física de astropartículas explica que para los neutrinos y la materia oscura es como si la Tierra fuera invisible, pues la atraviesan sin ningún problema. Por ello, los detectores pueden ubicarse en cualquier lugar, sin embargo, si se colocan sobre la superficie interactúan con los rayos cósmicos, lo cual evita que puedan identificarse para su análisis.

Ahora bien, como la Tierra puede detener una gran cantidad de rayos cósmicos, es necesaria esa infraestructura para colocar los detectores y eliminar de la señal todo aquello que no se desea estudiar, y que lo que penetre al espacio subterráneo sea mucho menor que lo que podría captarse en la superficie.

• Los rayos cósmicos son partículas de alta energía que llegan del espacio exterior a la atmósfera de la Tierra y constantemente están bombardeándola. Son principalmente protones de muy alta energía que producen cascadas de partículas como muones, que logran llegar a la superficie de nuestro planeta.

Investigación multidisciplinaria

Además de estos laboratorios ubicados a grandes profundidades, también existen otros bajo la superficie de la Tierra, que fueron construidos a una profundidad de alrededor de 30, 50 o hasta 100 metros. De este tipo existen varios en el mundo y se emplean para investigación en áreas como la biología, la geología, la ingeniería, la ciencia de los materiales, etcétera.

El doctor Vázquez Jáuregui detalla que sirven para estudiar las propiedades de algunos materiales, ya que se ha comprobado que los rayos cósmicos los pueden activar y volver radioactivos a un nivel muy bajo.

En estos lugares también se llevan a cabo investigaciones relacionadas con las computadoras cuánticas, ya que son sistemas que funcionan a través de partículas, las cuales pueden resultar afectadas por los rayos cósmicos. Otro tipo de proyectos son los estudios de electrónica, como el desarrollo de chips o de procesadores, con el objetivo de aislarlos de partículas cósmicas.

Asimismo, se realiza ciencia multidisciplinaria; por ejemplo, se estudia el efecto de los rayos cósmicos en microorganismos, qué tipo de organismos viven a esas profundidades o incluso la actividad sísmica.

“Aquí hay dos ejemplos importantes, por un lado, en los laboratorios se hace ciencia básica, como es estudiar los neutrinos y la materia oscura, aprender sobre el universo y, por otro lado, también se estudian aplicaciones, desarrollo de tecnología o investigación en áreas como la biología, la geología, la ingeniería”.

¿Es posible tener uno en México?

Desde hace un par de décadas, en México se ha tenido la idea de establecer un laboratorio subterráneo. Fue en 2017 cuando, en conjunto con un proyecto financiado por el programa Global Challenges Research Fund (GCRF), del Reino Unido, se creó una propuesta para desarrollar uno en el estado de Hidalgo, dentro de lo que es el Geoparque Comarca Minera; lo nombraron LabChico.

La idea original fue construir este laboratorio dentro de una mina ubicada en Mineral del Chico, la cual tendría una profundidad de alrededor de 150 metros en horizontal y una cobertura de roca de alrededor de 100 metros. Ahí se llevaría a cabo investigación, se estudiarían prototipos y algunas aplicaciones, además se impulsaría la formación de recursos humanos y la divulgación de la ciencia para jóvenes y el público en general.

También, sería un espacio que apoyaría el turismo, ya que en el túnel que llevaría directo al laboratorio se pensaba construir un museo enfocado en la minería. Aunado a esto, se impulsaría la ciencia en los jóvenes de la comunidad, así como con otras universidades.

Lamentablemente el proyecto quedó detenido, pues ya no contó con más financiamiento. El doctor Vázquez Jáuregui considera que las ventajas de un laboratorio subterráneo son los distintos beneficios científicos, tecnológicos, de innovación e incluso económicos que se generan para la propia comunidad.

“SNOLAB es un laboratorio financiado por el gobierno canadiense y más o menos por cada dólar que éste invierte, el laboratorio regresa 8 dólares a la comunidad. En general, por toda la investigación que desarrolla, la relación internacional que existe con otras universidades, etcétera, lo que se regresa es mucho mayor a la inversión que se hace”.

En México -dice el investigador- se cuenta con la experiencia para poder impulsar un laboratorio de este tipo, y empezar a desarrollar investigaciones multidisciplinarias entre las áreas físicas, biológicas y geológicas, principalmente.

“La inversión para un laboratorio de ese tipo es muy pequeña en comparación con los beneficios que va a tener, porque si lo construyes todo el mundo vendrá: estudiantes, científicos de otros países, público en general; además, tener esos ambientes propicia el desarrollo de tecnología y de innovación”.