În Laboratorul Subteran Canfranc (LSC) din nordul Spaniei, aflat la doar câțiva kilometri de granița cu Franța, o echipă internațională de cercetători încearcă să răspundă la o întrebare care a preocupat omenirea încă de la începuturile ei: „de ce suntem noi aici? Cu alte cuvinte, de ce există universul?”, scrie digi24.ro. 

Universul cunoscut este format din atomi și aceștia sunt la rândul lor compuși din protoni, neutroni și electroni. Aceste trei particule reprezintă materia, ceea ce înseamnă că au și un opus: antiparticulele lor. Antiparticula electronului este pozitronul, care are o sarcină electrică pozitivă. Dar mai există o particulă care îi fascinează pe oamenii de știință: neutrino. 

Aceste particule sunt poate cele mai speciale. Ele se găsesc din abundență în univers, dar nu interacționează aproape deloc cu materia, nu au sarcină electrică (spre deosebire de protoni și electroni) și trec prin Pământ aproape nedetectați. Cea mai interesantă caracteristică a lor este că sunt neutri, ceea ce înseamnă că pot fi și materie și antimaterie în același timp. 

„În descrierea naturii care ne este dată de mecanica cuantică, atunci când un lucru este imposibil de distins de un altul, el este ambele lucruri în același timp”, a explicat Carlos Pena, directorul laboratorului din Munții Pirinei, pentru El Pais.

Din moment ce neutrinii nu au nicio sarcină sau structură internă, antiparticulele lor (antineutrinii) ar trebui să fie identice cu neutrinii. Acest lucru este esențial pentru a înțelege experimentul desfășurat de LSC. Mai există doar trei alte laboratoare similare în Europa, plus cele din SUA, Canada, Coreea de Sud și Japonia. 

LSC are mai multe încăperi în care se desfășoară diferite experimente: în unele dintre ele, cercetătorii încearcă să detecteze așa numitele „particule masive care interacționează slab” (WIMP) cu materia obișnuită, în timp ce în altele oamenii de știință se concentrează pe găsirea axionilor – posibile particule de materie întunecată. 

Un alt laborator de biologie din cadrul complexului studiază felul în care radiația cosmică afectează organismele vii. 

Razele cosmice, inamicul numărul unu al laboratorului 

Deasupra LSC se află stațiunea de schi Candanchu și 800 de metri de pământ care sunt esențiali pentru buna funcționare a detectorilor folosiți de laborator. Aceste dispozitive ultra sensibile care detectează particule sunt izolate de „zgomotul” universului, razele cosmice: particule de mare energie care vin de la Soare, supernove și alte galaxii. 

Când aceste raze cosmice se lovesc de atmosferă, ele creează o ploaie de particule secundare care trec prin suprafața Pământului. Muntele acționează ca un scut natural împotriva acestor particule nedorite. 

„Dacă acel zgomot cosmic ar ajunge aici, nu ne-ar lăsa să vedem fenomenele improbabile pe care încercăm să le detectăm aici”, a explicat Pena. 

Neutrinii, însă, trec prin munte fără probleme și ajung la detectorul gigantic instalat în LSC. Este cea mai mare încăpere din laborator. 

În jur de 30 de oameni lucrează aici zilnic, cu toate că din echipa completă fac parte 300 de cercetători din toată lumea. 

Mașinăria din camera de sticlă menită să surprindă un fenomen nemaivăzut până acum 

În spațiul principal al laboratorului, care este de dimensiunea unui depozit dintr-un parc industrial, există o cameră de sticlă ce nu poate fi accesată. Înăuntru se află o versiune mai mică a unei mașinării pe care oamenii de știință intenționează să o folosească pentru a surprinde un fenomen nemaivăzut, despre care nu există deocamdată decât teorii, care le-ar permite să mai facă un pas înspre explicarea originii universului – sau, mai degrabă, a existenței noastre în univers.

Experimentul face parte din proiectul NEXT, o colaborare internațională cu sediul în Spania care include deja peste 130 de cercetători. 

Atunci când o particulă de materie (un electron) se ciocnește de particula de antimaterie a sa (un pozitron), acestea se anihilează reciproc, lăsând în urmă doar energie (în alte cuvinte, lumină). Dacă totul ar fi fost perfect simetric, universul nu ar fi existat.

Calculele matematice ne spun că nu ar trebui să existe galaxii, stele, planete sau oameni. Doar lumină. Și, totuși, universul există. „Cea mai mare parte a universului este lumină; noi suntem doar trei părți din fiecare 10 miliarde”, a explicat Pena. Ce înseamnă asta? Că ceva a distrus simetria perfectă lăsând în urmă un exces de materie. „Materia a câștigat de puțin”. 

Fizicienii nu știu de ce s-a întâmplat asta, dar cred că răspunsul s-ar putea găsi în neutrini. „Un așa spion, care poate comunica cu materia și antimateria, a făcut ca anihilarea să nu fie perfectă și materia a câștigat în ultimă instanță”, a mai spus Pena. 

Un tunel abandonat, locul care a dat naștere uneia dintre cele mai avansate infrastructuri științifice din Europa 

Următorul experiment vital pentru fizică este în pregătire în Japonia, acolo unde se încearcă demonstrarea celeilalte părți a explicației privind originile universului: că atunci când doi neutrini se anihilează, rămâne în urmă o rămășiță de materie. Acel experiment va produce primele rezultate până cel târziu în 2030. 

În privința experimentului din Canfranc, oamenii vor mai trebui să aștepte până în 2035 ca să afle dacă neutrinii pot într-adevăr să fie materie și antimaterie în același timp. „Este un răspuns esențial. Ne-ar permite să știm de unde venim și de unde vin piesele din care noi suntem făcuți. Am știi mecanismele prin care protonii, neutronii și electronii au câștigat”, a spus Pena. LSC se află într-un tunel construit în 1928 pentru a lega Spania de Franța prin Munții Pirinei, care nu a mai putut fi folosit din 1970, după ce un pod de pe partea franceză s-a prăbușit. 

După ce au măsurat nivelul radiației din tunel, oamenii de știință au avut confirmarea faptului că roca de deasupra lor blochează razele cosmice, iar acest loc reprezintă mediul perfect pentru detectarea particulelor extrem de rare, precum neutrinii, și a posibilelor urme de materie întunecată. Acel prim experiment desfășurat în 1985 cu foarte puține resurse la dispoziție a fost sămânța care zeci de ani mai târziu a dat naștere uneia dintre cele mai avansate infrastructuri științifice din Europa.