Argentina, polo mundial para medir la radiación cósmica

Puede parecer extraño, pero en lo que hace a los instantes iniciales de la historia del universo (una fracción insignificante de tiempo) los datos observacionales son consistentes con el paradigma de la “inflación”.

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Alrededor de 1912 George Lemaître propuso la base de la teoría que conocemos con el nombre de Big Bang, o Modelo Estándar, para el origen del universo, hace unos 13.800 millones de años, cuando un punto sin dimensiones y donde no existía el tiempo, comenzó a expandirse; al expandirse, se enfrió y al enfriarse, la energía se transformó en materia.

Sin embargo, durante una pequeña fracción de segundo después del origen, el universo parece haberse expandido exponencialmente, más rápido que lo usual. Es lo que conocemos como “inflación”, una modificación a la teoría que aparece de la mano de Allan Guth, alrededor de 1980. Este escenario es muy importante, porque explica parte de las observaciones, por ejemplo:

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¿Por qué es igual en todas las direcciones?

¿Por qué existen estructuras en el Universo?

A pesar de que la inflación explica de manera convincente estos enigmas, no tenemos evidencia directa de ella.

Predicciones de la inflación dicen que existen fluctuaciones en la densidad de la materia primigenia (responsables de la aparición de las galaxias) y también se espera la producción de ondas gravitacionales primordiales.

Para tratar de descubrir estas perturbaciones, es necesario observar los fotones más antiguos que vienen viajando desde el momento en que la materia y la radiación se separan y la materia se recombina para producir átomos, unos 400.000 años después del origen del universo. Esa radiación es la que llamamos “radiación cósmica de fondo en microondas” (CMB).

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Así como el Modelo Estándar predijo que el universo estaba en expansión (verificado en 1930), en 1948 Gamow, Alpher y Herman predijeron que esos fotones que viajan desde 400.000 años después del origen, debían detectarse en nuestros tiempos como una radiación de baja energía, fría, en torno de los 3o Kelvin, equivalente a -270° Celsius. Hubo que esperar hasta 1964 para que Arno Penzias y Robert Wilson la descubrieran, utilizando una antena de comunicaciones como radiotelescopio. Este descubrimiento, les valió el Premio Nobel en 1978.

En 1992, con el telescopio en el espacio COBE, se detectan las anisotropías “primordiales” en la radiación de fondo y los científicos en este proyecto obtienen el Nobel en 2006.

En 2013 el telescopio Planck mide con precisión las fluctuaciones en la CMR y mejora la teoría.

Los fotones de la CMR fueron desviados de su trayectoria inicial en el momento de la recombinación y la radiación se polarizó: el campo eléctrico dejó de vibrar en todas las direcciones para hacerlo sólo en una. Esta polarización se llama lineal (como la que logramos al poner un filtro polarizador en las ventanillas del auto) y presenta dos modos, E y B. El primero está relacionado con perturbaciones en la densidad y el modo B estaría vinculado con la producción de ondas gravitacionales primordiales.

En 1993, un joven científico argentino, Matías Zaldarriaga, propone en su tesis de licenciatura (UBA) el estudio de la polarización a gran escala angular para discriminar entre fluctuaciones relacionadas con densidad de materia y aquellas predichas por el paradigma de la inflación, el modo B, que permitiría verificar a existencia de ondas gravitacionales primordiales.

Actualmente la colaboración Qubic está formada por seis países, 22 laboratorios, más de 100 miembros, de los cuales cerca de 50 son argentinos. La participación nacional en este proyecto involucra al Mincyt, la CNEA, el Conicet y la provincia de Salta a través de un convenio cuatripartito.

La primera detección de polarización -modos E- ocurrió en 2002. En marzo de 2014 se hizo el anuncio de detección de modos B por la colaboración Bicep, un detector instalado en la Antártida, con gran repercusión internacional, pero análisis posteriores de los datos mostraron que la detección era falsa: la radiación estaba contaminada por emisión polarizada de polvo galáctico y la búsqueda de modos B primordiales se revitalizó.

Por eso se creó Qubic (Q-U Bolometric Interferometer for Cosmology), un instrumento original destinado a medir, con alta sensibilidad y precisión, la polarización de la radiación cósmica de fondo con un novedoso diseño, que combina sensores ultra sensibles y súper enfriados que detectan pequeñas variaciones en la temperatura de la señal (bolómetros) y la posibilidad de dividir la luz que llega a ellos en varios haces para hacer interferometría.

Inicialmente, la colaboración Qubic planificó la instalación del instrumento en la estación franco-italiana de Concordia, en la Antártida. Existían varias ventajas, como la de una atmósfera ideal, pero también desventajas: logística complicada y costos altos.

Argentina contaba con un lugar competitivo, un sitio ubicado en Alto Chorrillos, San Antonio de los Cobres (Salta), con fácil acceso, una atmósfera adecuada a 5.000 metros sobre el nivel del mar y un grupo de científicos listos para colaborar.

El trabajo en Argentina

El desarrollo del Observatorio Pierre Auger (Malargüe) y el hecho de contar con investigadores e ingenieros especialistas en bajas temperaturas, fue fundamental para que Argentina surgiera como posible candidata para albergar a QUBIC. El proceso de aceptación del país fue vertiginoso.

En setiembre de 2015, investigadores franceses y argentinos visitan el sitio de Alto Chorrillos y días después se presenta el proyecto en el Ministerio de Ciencia y Tecnología - Secretaría de Articulación, contando con el apoyo del gobernador de Salta, el embajador de Francia, y los investigadores principales en el proyecto. El 9 de junio de 2016 se realiza la reunión en Roma donde se acepta el sitio salteño y la incorporación de Argentina en la colaboración. A partir de ese momento, el país inició una serie de tareas que incluyen construcción de caminos, albergue y montura del instrumento y del laboratorio de integración en CNEA-Salta.

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El 7 de julio pasado, Qubic llegó a la Argentina, ya está en Salta donde se lo está armando y testeando con ayuda y guía remota de científicos franceses e italianos que colaboran con argentinos de instituciones como ITeDA, CNEA, IAR, IB-CAB, IAFE y UNLP.

Nuestro país ha iniciado un camino de investigación e innovación en cosmología observacional que permitirá la formación de recursos humanos en nuevas tecnologías de detección. Todo un desafío.

*La autora es investigadora del Conicet y miembro de la Colaboración Qubic.

**Producción y edición: Miguel Títiro - mtitiro@losandes.com.ar