«La ilusión siempre es dar con algo nuevo que rompa los esquemas de la física»

Los neutrinos, unas partículas sin carga eléctrica y sin apenas masa, guardan algunos de los mayores secretos del universo. Pero no es fácil detectarlos. El valenciano Francesc Monrabal, investigador Ikerbasque en el DIPC, ha ganado una ‘Starting Grant’ del ERC para desarrollar un novedoso detector.

Al neutrino lo llaman la partícula fantasma. Tan fantasma que es producto de la razón antes que de la observación. Wolfang Pauli se la «inventó» porque no le salían las cuentas, pero hicieron falta varias décadas para probar su existencia. ¿Por qué es tan difícil detectar neutrinos?

Porque al contrario que la mayoría de las partículas, no siente atracción electromagnética, solo siente una interacción que se llama débil y que, como cabe imaginar, no es muy fuerte. Por cada centímetro cuadrado de nuestro cuerpo pasan cada segundo 100 millones de neutrinos, pero lo más seguro es que en toda nuestra vida ninguno de ellos interactúe con nosotros. La probabilidad de que un neutrino interactúe con la materia es muy pequeña, por eso los físicos teóricos pensaron que sería imposible detectarlos. Encontrar neutrinos es como el reto último, ver la partícula que casi no existe, un trozo de realidad que es lo más pequeño que podemos medir.

¿Los teóricos no confiaban en los físicos experimentales?

Los teóricos no cuentan con que hay experimentales bastante locos. Durante más de 40 años se han desarrollado diferentes tecnologías para tratar de medir y entender los neutrinos. Hemos sido bastante productivos y eficientes, porque hemos detectado neutrinos de reactores nucleares, neutrinos que vienen directamente del núcleo del sol y hasta neutrinos que vienen de fuera de nuestra galaxia, creando de paso un campo nuevo de la astronomía.

Para ello, entre otras cosas, hubo que enterrarse varios cientos de metros bajo tierra.

La historia del descubrimiento del neutrino es fascinante, llena de gente loca que construye detectores loquísimos con lejía y piscinas gigantescas en minas abandonadas para ver los neutrinos del sol. Pero además, van y detectan los neutrinos de una supernova.

Enterrarse bajo tierra para mirar el universo.

En 1987, en Japón, detectaron de repente ocho neutrinos en tres minutos, y dijeron ‘esto es una supernova’. Y efectivamente, había una supernova en el cielo. La vieron antes con los neutrinos. Es decir, has visto que explotaba una estrella a través de unas partículas que son casi imposibles de detectar.

Los neutrinos pueden guardar algunos de los mayores misterios de la existencia. Si no me equivoco, es lo que intentan averiguar con NEXT, otro experimento ambicioso dirigido por Juanjo Gómez Cadenas y Fernando Cossío en el que también participa.

Hoy en día hay algunas cosas que no entendemos en física de partículas. Una de esas cositas es por qué existimos. Un detalle. Cuando miras qué ocurre cuando reproducimos los instantes iniciales del universo en un acelerador de partículas, ves que por cada partícula que se produce, se produce también la correspondiente antipartícula. Produzco un electrón y produzco el antielectrón; con un protón, un antiprotón, y así podemos estar infinitamente. Es un empate.

Entonces claro, si eso es lo que pasó al inicio del universo, ¿dónde está esa antimateria? ¿Por qué no se han aniquilado los dos universos, materia y antimateria, y lo que hay es luz y ya está? Sabemos que esos universos debieron existir, que se aniquilaron mutuamente, y que lo que vemos hoy en día, la materia que vemos y que somos, nuestra existencia, es lo que quedó de esa aniquilación. Somos la cicatriz de una catástrofe a nivel cosmológico.

No es poco decir.

Lo que queremos es explicar esta ruptura de la simetría entre la materia y la antimateria. Una posibilidad es que haya una partícula que pueda cambiarse de un bando a otro, que sea capaz de ser materia y antimateria, dependiendo de cómo le pille. Y el candidato más prometedor, al no tener carga eléctrica, es el neutrino. Si esto ocurre así, nos ayudaría a responder esa pregunta de por qué existimos. Esa es la pregunta fundamental que quiere responder el proyecto NEXT.

De forma paralela, usted quiere desarrollar una nueva tecnología para detectar neutrinos. ¿En qué consiste?

Los neutrinos, hasta hace muy pocos años, se han observado siempre al interactuar con los nucleones, con las partículas interiores de un núcleo, digamos, con el protón o con el neutrón. Ahora puede observarse al interactuar con todo el núcleo. Antes teníamos que darle al centro de la diana, y ahora vale con que le des al marco de la diana. La posibilidad de que el neutrino interactúe con nuestro núcleo aumenta unas 10.000 veces. Claro, así es mucho más fácil jugar a los dardos.

Alguna dificultad tendrá ¿Por qué no se había hecho hasta ahora?

Lo complicado de esta interacción, por lo que hemos tardado 40 años en detectarla, es que la interacción es prácticamente imperceptible. El neutrino es un mosquito que impacta contra un camión a toda velocidad, y yo tengo que observar cuánto se mueve el camión por el impacto del mosquito. Fácil no es, hay que desarrollar tecnologías capaces de observar energías muy bajas, cercanas al cero. En el proyecto GanESS buscamos el límite-límite de la detección.

¿Por qué se van a Suecia?

Necesitamos una fuente de neutrinos que tenga la energía adecuada, y lo ideal son las fuentes de espalación de neutrones. Y justo ahora se está montando una que está a punto de arrancar en Lundt, en la que se van a producir 10 veces más neutrinos que en el resto de fuentes actuales.

Nos va a tener qué explicar qué es eso de la espalación de neutrones.

Es, básicamente, una fuente que te produce neutrones. Se usa para caracterizar materiales, moléculas, etc. Lo que se hace es lanzar un haz de protones contra un trozo de material, de lo que surgen muchos neutrones. Pero también neutrinos, en todas direcciones. Por eso, nuestro plan es ir cerca de esa fuente e instalar nuestro detector.

Con el objetivo de…

De ver si en esa interacción novedosa podemos observar algún efecto de nueva física. Es decir, algo que no se haya podido ver. Es un proceso nuevo y, por lo tanto, puede haber algo nuevo que no se haya medido.

Explorar territorio ignoto.

Al final esto es algo que nadie ha hecho. Lo importante es que esta tecnología nos va a permitir comparar con el mismo detector interacciones con diferentes núcleos. Por lo tanto, si vemos algo raro en un núcleo, podemos comparar el resultado obtenido en otros núcleos, para estar seguro de que, efectivamente, vemos física nueva y no un problema en el detector, que también pasa.

«Incluso cuando un camino no tiene salida, alguien tiene que caminarlo para comprobar que no había nada. Se trata de buscar los límites de lo conocido»

¿Alguna intuición sobre qué podrían encontrar?

Yo como científico tengo que ir con los ojos cerrados y que salga lo que tenga que salir. Lo realista sería que no saliese algo nuevo, que viésemos lo que el modelo de física estándar predice. Pero es que incluso en ese caso sería útil. Al final, en experimentos así, tú estás preguntando si la naturaleza se comporta como lo dice nuestro modelo. Si no hay nada nuevo, lo que hacemos es confirmar que el modelo funciona, y esto en realidad empuja la frontera de la ciencia un poquito más allá. Te dice ‘bueno, si hay algo nuevo, no está aquí, estará un poco más adelante. Incluso cuando un camino no tiene salida, alguien tiene que caminarlo para comprobar que no había nada. Se trata de buscar los límites de lo conocido.

Pero la ilusión existe.

Claro, ojalá saliese algo nuevo. Es que entonces os invito a cenar a todos. Para mí ya solo medir este proceso con núcleos con los que no se ha medido nunca, ser los primeros en la historia de la humanidad en hacer algo, ya es la bomba, pero es que si además hay un proceso de física que no conocemos… es que vamos, no duermo. Ojalá, ojalá, ojalá, pero es que si empiezo a pensar en eso, empiezo a no dormir ya, y tengo que sobrevivir como mínimo cinco años. Pero la ilusión siempre es encontrar algo nuevo que rompa los esquemas de la física. Yo no me he apuntado a esto para medir lo que ya está medido, aquí venimos a intentar romper lo que ya está.

Hace falta algo más que conocer el método científico para dedicarse a esto.

La investigación te tiene que apasionar, tienes que estar loco por algo, te tienes que levantar cada mañana y decir ‘quiero estar en el laboratorio’. El método científico es importante, pero no es lo que te hace estar cada día en el laboratorio, intentando mejorar tu detector.

¿Qué supone para tu proyecto recibir este ‘Starting Grant’ del ERC?

Supone la garantía de que se va a cumplir. Teníamos financiación del Gobierno Vasco, pero esto da mayor seguridad. A nivel de carrera profesional, evidentemente, es un premio. Además, el hecho de que vayas con la etiqueta del ERC te abre muchas puertas a la hora de atraer colaboradores y permite construir un proyecto más ambicioso aún.

«A lo mejor en Valencia tomaría más el sol, pero a nivel científico, el DIPC es un sitio único. Lo que hay en estos edificios es magia» 

Todo esto en el Donostia International Physics Center (DIPC). ¿Qué le decantó a venir aquí?

Yo acabo aquí, en gran parte, gracias a Juanjo (Gómez Cadenas), a Pedro (Miguel Etxenike) y a Ricardo (Díez Muiño). Yo estaba de postdoc en EEUU con Dave Naygren, que es uno de los mejores físicos instrumentalistas del mundo, una persona con la que es un sueño trabajar. Pero tenía ya treinta y pico años y empiezas a pensar en una estabilidad, y eso en casa no es fácil. Juanjo, que fue mi director de tesis, me dijo que me querían conocer, que les había hablado de mí.

Es entonces cuando conocí a Pedro y a Ricardo, presidente y director del DIPC, y también a Fernando Cossío, que es el director de Ikerbasque. Básicamente no hablamos de mi carrera profesional, hablamos de ciencia, y eso para mí fue determinante. Después vienes aquí y ves que te organizan un café para juntarte con otros compañeros, y te ponen una pizarra para que la gente salga y discuta sobre ciencia. Y entonces dices, es que es el sitio en el quiero estar. A lo mejor en València tomaría más el sol, pero a nivel científico, creo que el DIPC es un sitio único. En el Estado sin ninguna duda, pero es que en Europa y en el mundo creo que hay pocos sitios como este. Lo que hay en estos edificios es magia.