En les darreres dècades, els impressionants i excitants avenços de l’exploració espacial han discorregut en paral·lel als no menys interessants avenços en la cosmologia i la física de partícules. I a mesura que hem entès millor què passa en cada camp, hem descobert les connexions entre l’univers extrem, el més proper i les interaccions fonamentals entre les partícules més petites que coneixem.

A la Setmana Mundial de l’Espai, volem donar valor a aquestes disciplines, que, partint d’experiments i estratègies diferents dels de l’exploració espacial, contribueixen a teixir una visió extensa i a la vegada precisa del nostre univers. Des de la cosmologia i la física de partícules, Matteo Martinelli, de l’Institut de Física Teòrica (IFT UAM-CSIC), i Justo Martín-Albo, de l’Institut de Física Corpuscular (IFIC UV-CSIC), persegueixen un mateix objectiu: millorar la nostra comprensió sobre el cosmos. Ambdós ho fan amb una beca postdoctoral Junior Leader de ”la Caixa”.

Posant a prova Einstein 

La Teoria General de la Relativitat, publicada el 1915, va suposar un abans i un després en la física moderna. Amb aquesta teoria, Albert Einstein explicava la gravetat com una propietat geomètrica de l’espai-temps i no com una simple força a distància entre objectes amb massa. Des d’aleshores, són molts els experiments i les observacions que l’han posat a prova, fins ara sempre arribant a la conclusió que Einstein tenia raó.  

No obstant això, observacions cosmològiques lligades a l’expansió de l’univers proporcionen indicis que la teoria d’Einstein no és la teoria final. Actualment, recerques com la que lidera Matteo Martinelli desenvolupen nous mètodes per continuar fent proves amb la teoria de la gravitació, amb l’esperança de trobar-ne el taló d’Aquil·les i la porta a una teoria més global. “Volem entendre si hem d’anar més enllà, o si funciona tant en el sistema solar com en l’escala cosmològica”, comenta l’investigador de l’IFT UAM-CSIC. 

Els models alternatius proposats per resoldre les inconsistències observades seran provats en propers mesuraments cosmològics, com els del satèl·lit Euclid de l’Agència Espacial Europea (ESA). Amb les dades obtingudes, Martinelli i els seus col·laboradors seran capaços de descartar alguns d’aquests models o de detectar desviacions del model estàndard actual, sent ambdós resultats un avenç significatiu en la comprensió de l’evolució de l’univers i de les lleis de la gravetat.

Sense entendre els neutrins, no podem entendre l’univers

Avui dia, els físics continuen sense resoldre grans preguntes sobre l’univers, com ara: per què està format fonamentalment per matèria i no per antimatèria? Per què no tenim encara una teoria de la gravitació que funcioni a escala quàntica? La solució a aquests i altres enigmes es podria trobar als neutrins, fins ara les partícules amb massa més abundants de l’univers, tot i que també les menys enteses. 

Els experiments de física de partícules es basen a accelerar partícules subatòmiques fins a velocitats relativistes per després mesurar el resultat de la seva interacció amb altres partícules relativistes o amb matèria. Així aconsegueixen reproduir al laboratori les condicions de l’univers extrem i estudiar fenòmens que, d’una altra manera, seria impossible entendre.

Amb el projecte internacional DUNE, Justo Martín-Albo vol mesurar amb gran precisió el comportament dels neutrins que considera “fonamentals per entendre com l’univers ha evolucionat fins com el coneixem avui, amb unes propietats molt concretes que permeten, per exemple, la vida.”

DUNE, actualment en construcció, està format per dues instal·lacions científiques situades als extrems del que serà el feix de neutrins més intens del món. Es tracta d’un experiment per estudiar millor les oscil·lacions dels neutrins, un fenomen quàntic que provoca el canvi de les propietats d’aquestes partícules durant el seu viatge a través de l’espai i la matèria.

Des del Laboratori de l’Accelerador Nacional Fermi, a prop de Chicago (EUA), s’emetrà un feix de neutrins d’un cert tipus, o el que els científics anomenen amb un cert sabor, referint-se a una de les seves propietats quàntiques. En el seu viatge de 1.300 km fins al detector a Dakota del Sud, alguns d’aquests neutrins canviaran el sabor. L’objectiu és mesurar amb precisió quants canvien de sabor, o oscil·len, fent servir l’argot científic.

Aquesta mesura és complexa, atès que els neutrins, siguin del sabor que siguin, són molt difícils de detectar, ja que gairebé no interaccionen amb la matèria. No obstant això, són molts els científics que creuen que les possibles anomalies en aquestes oscil·lacions són les que ens donaran les claus per millorar les nostres teories sobre les interaccions entre les partícules i el seu efecte en els models cosmològics.

Tot i centrar les seves recerques en objectes d’estudi molt diferents, Matteo Martinelli i Justo Martín-Albo coincideixen en la funció impulsora que suposa el suport de ”la Caixa” per al futur de la seva carrera professional.