El 14 de septiembre de 2015 quedó marcado para siempre en la historia de la ciencia moderna. El físico norteamericano Barry Barish llevaba mucho tiempo intentando detectar ondas gravitacionales, la única parte de la Teoría de la Relatividad de Einstein que quedaba por confirmar. Cuando aquel día abrió su correo, tragó saliva. Varios colegas de distintas partes del mundo le aseguraban que en un Laboratorio de Lousiana se había captado una señal procedente de la fusión de dos agujeros negros a 1.300 millones de años luz.

Acababan de “ver” por primera vez las codiciadas ondas gravitacionales. Einstein creía que sería imposible detectarlas dada la inmensa distancia a la que se originan. Tratándose de millones de años luz, el físico estaba convencido de que al llegar a la tierra resultarían imperceptibles. Imperceptibles para todos, menos para los mejores laboratorios del mundo.

Para quienes somos legos en cuestiones científicas, se podría decir -simplificando- que las ondas gravitacionales son vibraciones en el espacio-tiempo, el material del que está hecho el universo.

Sobra decir que este descubrimiento revolucionó el mundo de la ciencia y a Barry Barish le reportó el Nobel de Física compartido con sus colegas Rainer Weiss y Kip Thorne.

Uno de los lugares donde Barry Barish investiga gran parte del año es en el gran laboratorio subterráneo de astrofísica Gran Sasso, una montaña en medio de los Apeninos italianos cantera de investigaciones punteras sobre el origen del universo y cuna de futuros premios nobel a la caza de las partículas más escurridizas para la física: los neutrinos

El laboratorio bajo tierra más grande del mundo

Para adentrarse en las entrañas de esta montaña es importante no sentir pánico a los ambientes cerrados y mantener un cierto talante aventurero. Este centro de investigación es una mezcla de viaje al centro de la tierra, en el que por un instante te sientes trasladado a laboratorios subterráneos de películas de ficción en los que mentes privilegiadas maquinan sofisticados inventos con los que los malos de las películas buscan aniquilar a la humanidad.

Pero en este caso, los científicos del Gran Sasso no trabajan sobre argumentos de ficción, sino sobre realidad. Intentan arrojar luz sobre una de las sustancias más misteriosas del Universo: la materia oscura.

Bajo 1.400 metros de roca, en las profundidades del Gran Sasso, el pico más alto de la cordillera de los Apeninos, en Italia, a unos 12 kilómetros de la ciudad de L'Acquila, se encuentran los principales laboratorios del Instituto Nacional de Física Nuclear de Italia, el laboratorio bajo tierra más grande del mundo.

Al estar protegido por tantos metros cúbicos de roca los rayos cósmicos que bombardean constantemente la superficie de nuestro planeta no consiguen penetrar hasta las instalaciones del laboratorio, por lo que se convierte en un lugar privilegiado para la investigación. Al tratarse además de rocas dolomitas, apenas presentan restos de uranio en su composición, un elemento que alteraría los experimentos que se realizan en su interior.

La entrada a estos laboratorios se esconde a mitad de camino del túnel de la autovía que atraviesa el macizo tras una gruesa puerta de acero capaz de sellar el laboratorio en caso de emergencia.

Este lugar ofrece a los científicos el lugar “no contaminado” que necesitan para entender algunos de los fenómenos más extraños de la física.

El origen del cosmos, el funcionamiento de las estrellas, la composición de la materia oscura, lo que ocurre dentro del sol y la antimateria son algunos de los campos que se investigan en este laboratorio con una extensión de más de 17 mil km cuadrados.

La instalación, semejante a un gigantesco hangar, se mantiene a una temperatura media de unos siete grados y una humedad relativa de casi el 100 por ciento durante todo el año.

A la caza de los neutrinos de una supernova

Una de las investigaciones más fascinantes en la que se trabaja dentro de la montaña del Gran Sasso es la búsqueda de los neutrinos. Los investigadores esperan pacientes la explosión de una supernova, la muerte violenta de una estrella, capaz de liberar en poco tiempo la misma energía producida por el sol durante toda su existencia.

Sería una ocasión única para poder captar los neutrinos provenientes de esta explosión estelar. Y se conseguirá gracias a un instrumento cuidado con mimo que se llama LVD (Large Volume Detector). Está preparado para avisar a los astrónomos cuando se verifique una explosión de supernova.

Para que nos hagamos idea de la magnitud de este fenómeno, los efectos mortales de la explosión de una supernova son tan brutales, que su energía sería capaz de acabar con cualquier forma de vida en un radio de más de 100 años luz. Y aunque solo se produce, como media, una sola supernova por galaxia y por siglo, no hay que olvidar que existen más de cien mil millones de galaxias en el universo conocido.

En el laboratorio del Gran Sasso esperan con ilusión que alguna de estas supernovas les proporcione información suficiente para conocer de cerca uno de los elementos más codiciados por la investigación actual: los neutrinos.

Los neutrinos son partículas muy pequeñas que se mueven casi a la velocidad de la luz, y no interaccionan casi con nada en el universo. Como ni la masa ni la energía pueden desaparecer en el universo, tiene que haber algo más que sale del neutrón cuando éste se desintegra. Ese “algo más” es el neutrino, la energía sobrante. Se sabe o se supone que está, pero nunca se ha visto.

Los neutrinos son muy escurridizos y atraviesan grandes espesores sin ser molestados. De ahí que para lograr su “captura” se necesiten equipos detectores de alta tecnología, y en unas condiciones tan específicas como las que se dan en los laboratorios del Gran Sasso.

Los pilares de la materia oscura

Otra de las investigaciones en la que están enfrascados los investigadores del Gran Sasso tiene que ver con una de las sustancias más misteriosas del Universo: la materia oscura.  

Todo lo que sabemos y lo que podemos ver en el Universo representa tan sólo un tanto por ciento mínimo de lo que realmente existe. Los científicos creen que alrededor de 73% del Universo está compuesto por energía oscura, una especie de energía anti-gravedad que impide que el Universo se contraiga en sí mismo. En estos momentos supone un gran misterio para la física porque hasta el momento nadie la ha visto.

A pesar de todo el esfuerzo invertido en los últimos años, no ha sido posible detectar las partículas que componen esa materia oscura, a pesar de que se cree que millones de estas partículas pasan a través de nosotros en cada segundo sin apenas dejar rastro.

Antonio D’Addabbo es uno de los astrofísicos que trabaja en el Gran Sasso. Su máxima ilusión, asegura, sería encontrar señales de la misteriosa materia oscura, “porque supondría encontrar explicación científica al origen del universo”.

El investigador Stefano di Lorenzo insiste en que "la materia oscura es una meta científica muy importante en la actualidad. Sabemos que hay materia oscura, pero necesitamos comprender de qué está compuesta esta materia".

Todos los que trabajan en estos laboratorios esperan que la primera señal de que realmente existe la materia oscura pueda descubrirse en estas instalaciones científicas. Siguiendo de cerca su pista está otro de los proyectos dentro del Gran Sasso, el llamado XENON1T.

Se trata del mayor cazador de materia oscura nunca construido. El tanque con 3,5 toneladas de xenón líquido a -95 grados centígrados, sumergido a su vez en 700 metros cúbicos de agua ultra pura multiplica su capacidad de “captura” y detención.

En el CUORE del Gran Sasso: Un instrumento fabricado con plomo romano extraído de minas españolas

Uno de los instrumentos más llamativos y curiosos del laboratorio es el CUORE. En sus siglas en inglés, Cuore significa Cryogenic Underground Observatory for Rare Events y encierra una historia muy particular ya que una de sus capas internas fue construida con plomo fundido en el periodo del Imperio Romano hace más de 2.000 años.

Entorno al 100 A.C, un barco romano navegaba frente a las costas de Cerdeña cuando fue atacado por piratas. El capitán prefirió hundir la nave antes de que los piratas se apoderasen de la carga. El barco transportaba toneladas de plomo en barras de 30 kg, extraídas de una mina española de la Sierra de Cartagena. La nave quedó sumergida a 30 metros de profundidad por más de dos mil años.

¿Qué tiene que ver este naufragio con los neutrinos? Para que los neutrinos puedan estudiarse sin ningún filtro que lo impida es necesario que no existan interferencias radioactivas. El plomo contiene un isótopo radioactivo que disminuye después de 22 años. El plomo que se encontraba en el barco era “puro” puesto que los romanos extraían el uranio en su fundición. Además, como estuvo tanto tiempo sumergido en el mar, no sufrió la “contaminación” de los rayos cósmicos, por lo que era perfecto para construir CUORE.

Alrededor de mil investigadores, permanentes y temporales, procedentes de 29 países, trabajan en diferentes proyectos dentro de unos laboratorios que cuentan con medidas extremas de seguridad extremas.

Cada persona que entra dentro de sus instalaciones debe conocer previamente todas las vías de escape en caso de emergencia. Las salidas de emergencia están permanentemente iluminadas con un dispositivo capaz de ser visto en condiciones de visibilidad nula. Estos laboratorios cuestan unos 10 millones de euros al año al Instituto Nacional de Física Nuclear (INFN) italiano, pero en este presupuesto no se incluye la financiación específica para cada uno de los proyectos en curso en los que trabajan científicos de todo el mundo en trabajos financiados por instituciones públicas y privadas.