La reciente convocatoria de las Becas Leonardo de Física 2023, otorgadas por la Fundación BBVA, se ha resuelto con la adjudicación de siete becas a investigadores que centran su trabajo en la exploración de las actuales fronteras de la física.
En esta ocasión, las investigaciones sobre los orígenes de la materia y la energía oscura han convencido a los miembros del jurado de esta edición, quienes han otorgado tres de las siete becas a investigadores destacados en los campos de la física de partículas y la cosmología: Clara Cuesta Soria, investigadora posdoctoral Ramón y Cajal en el Departamento de Investigación Básica del Centro de Investigaciones Energéticas, Medioambientales y Tecnológicas (CIEMAT); Héctor Gil Marín, investigador posdoctoral Ramón y Cajal en el Instituto de Ciencias del Cosmos de la Universidad de Barcelona (ICCUB); y Patricia Sánchez Lucas, investigadora posdoctoral Juan de la Cierva en el Departamento de Física Teórica y del Cosmos de la Universidad de Granada (UGR). Estos tres investigadores seleccionados pertenecen a grupos científicos adscritos a la red del Centro Nacional de Física de Partículas, Astropartículas y Nuclear (CPAN).
Las cuatro becas restantes han sido concedidas a investigadores que llevarán a cabo proyectos sobre la creación de nuevos materiales con aplicaciones en múltiples campos (Tobias Grass, investigador en el Donostia International Physics Center; y Gabriel Lozano Barbero, científico titular del Instituto de Ciencia de Materiales de Sevilla del CSIC), el desarrollo de tecnologías cuánticas para reforzar la ciberseguridad en la transmisión de información online (Carlos Antón Solanas, investigador en el Departamento de Física de Materiales de la Universidad Autónoma de Madrid) y unas gafas diseñadas para corregir la visión de pacientes con cataratas sin recurrir a la cirugía (Alba María Paniagua Díaz, investigadora posdoctoral en el Laboratorio de Óptica de la Universidad de Murcia).
Las Becas Leonardo de Física pretenden fomentar el talento y la originalidad en la ciencia impulsando la investigación científica de vanguardia sobre cosmología, partículas elementales, óptica, nuevos materiales y comunicación cuántica. Estas becas se conceden a investigadores con edades comprendidas entre los 30 y los 45 años, con logros ya acreditados y proyectos científicos en el presente de muy alto interés. Dotadas con 40.000€ cada una, las becas ayudarán a los investigadores a llevar a cabo su proyecto y a luchar por su consolidación profesional.
A continuación, se presenta un perfil sobre los proyectos de investigación becados en las áreas de la física de partículas/astropartículas y cosmología.
Clara Cuesta: Los “mensajes cósmicos” enviados por una estrella muerta
Los neutrinos son partículas fundamentales sin carga y apenas masa, que interactúan muy débilmente con la materia. Por ello, se consideran excelentes “mensajeros cósmicos” que pueden aportar información muy valiosa sobre el origen de los fenómenos astrofísicos. Desde esta óptica, el proyecto de Clara Cuesta se centra en la detección de los neutrinos producidos durante una supernova, es decir, la explosión que se produce cuando una estrella llega al final de su vida.
“La mayor parte de la energía producida por la muerte de una estrella se libera en forma de neutrinos”, explica Cuesta, “y estas partículas son las primeras capaces de escapar del núcleo de la supernova. Se tienen muy pocos datos sobre este fenómeno, ya que sólo se detectó una supernova de manera directa en la Tierra en 1987, y se espera que únicamente exploten unas pocas cada siglo. Los neutrinos nos pueden proporcionar mucha información sobre el interior de las estrellas”.
El experimento DUNE (Deep Underground Neutrino Experiment) en EEUU será el próximo megaproyecto científico que cuenta entre sus objetivos con la detección de neutrinos de la explosión de una supernova. Para conseguirlo, Cuesta se centrará en optimizar los fotosensores que captarán la luz producida al interaccionar los neutrinos de supernova con DUNE y validar su funcionamiento en los prototipos del CERN (Suiza) antes de su instalación en el proyecto de EEUU.
“Mi primer objetivo es generar conocimiento, algo imprescindible no solo para satisfacer la curiosidad humana y responder a nuestras preguntas fundamentales sobre el universo, sino para impulsar los grandes avances tecnológicos del futuro”, señala. “Aunque las aplicaciones directas se vean a más largo plazo, hay que apostar ahora por este tipo de investigación básica, porque si no, nunca las veremos. En su momento estudiamos la rotación de los planetas, y gracias a eso hoy tenemos satélites y teléfonos móviles”.
Héctor Gil Marín: En busca de pistas para comprender la energía oscura del universo
La comprensión actual del cosmos se rige por el modelo estándar de la cosmología LCDM, de sus siglas en inglés Lambda-Cold Dark Matter, propuesto a finales del siglo XX. Este modelo postula la existencia de un misterioso fluido, la energía oscura, que explicaría la expansión acelerada del universo. Según las observaciones más recientes, este fluido representa alrededor de un 69% del contenido de energía total del universo. Sin embargo, a pesar de ser el elemento dominante y clave para entender la evolución futura del cosmos, se conoce muy poco acerca de su dinámica o naturaleza.
“La energía oscura”, explica Héctor Gil Marín, “es una etiqueta para referirnos a algo que no sabemos lo que es, pero que necesitamos para explicar la expansión acelerada del universo. Durante sus primeros 6.000 millones de años, aproximadamente la primera mitad de su existencia, el universo se expandió de manera cada vez menos rápida, y esto lo podemos entender fácilmente como una consecuencia de la gravedad de las galaxias, que se atraen entre sí. Después, sin embargo, el universo empezó a expandirse de manera acelerada, y por ello postulamos la existencia de algo que contrarresta la fuerza de la gravedad y hace que el universo se expanda cada vez más rápidamente. La etiqueta que le ponemos a este fenómeno es la energía oscura y es uno de los grandes misterios de la física”.
En su proyecto, Gil Marín pretende arrojar luz sobre este enigmático componente del universo. Para lograrlo, combinará los últimos datos del cartografiado masivo de galaxias DESI (Dark Energy Survey Instrument) con las últimas y más novedosas técnicas de análisis, para maximizar el retorno de información y caracterizar las propiedades de la energía oscura con mayor precisión. “Lo que más me ilusiona”, asegura, “es la posibilidad descubrir algo que la teoría convencional no pueda explicar, y abra la puerta a una revolución en la física”.
Patricia Sánchez Lucas: Detectar neutrinos para comprender el origen de la materia
Los neutrinos son partículas elementales que podrían aportar la clave para comprender uno de los mayores misterios del Universo: ¿por qué el mundo que nos rodea está hecho de materia y no vemos ni rastro de antimateria? “Justo después del Big Bang”, explica Patricia Sánchez Lucas, “creemos que se produjo la misma cantidad de materia y antimateria, pero llegó un momento en el que la materia se impuso y la antimateria desapareció. La explicación podría hallarse en el comportamiento de los neutrinos”. Para intentar comprender este fenómeno, se están construyendo colosales detectores de neutrinos en el experimento DUNE (Deep Underground Neutrino Experiment) en EEUU, donde se enmarca el proyecto de esta investigadora.
“El objetivo”, detalla Sánchez Lucas, “es intentar medir si el comportamiento de neutrinos y anti-neutrinos es el mismo al interaccionar con átomos de gas argón tras un viaje de más de 1.000 km desde un acelerador de partículas. Observar una mínima diferencia en la interacción de uno u otro podría aportar la clave para explicar por qué, en el principio de los tiempos, la materia le ganó la batalla a la anti-materia”.
En concreto, este proyecto busca mejorar hasta un 40% la precisión en la medición de la energía de estos procesos. “Lo que propongo con la Beca Leonardo”, explica, “es desarrollar un sensor nuevo para mejorar la capacidad de los detectores, un dispositivo que sea capaz de medir, de manera simultánea, tanto la luz como la carga que producen los neutrinos. Al contar con mucha más información, podremos comprender mejor el comportamiento de estas partículas”.
Para Sánchez Lucas, la posibilidad de resolver uno de los grandes enigmas sobre el origen de la materia en el universo no solo le resulta “un reto fascinante” de investigación básica, sino que además la tecnología desarrollada para mejorar la precisión de los sensores de neutrinos podría tener aplicaciones futuras en sectores industriales como la electrónica.
