De los numerosos programas en ejecución, que tienen de común su complejidad y enormes costos, hemos seleccionado siete, con el objeto de conocer sus avances y la trascendencia de sus observaciones (New Scientist, Agosto 28 del 2004). Se trata de enormes programas, llevados adelante por acuerdos internacionales o esfuerzos nacionales, en los que trabajan miles de investigadores y científicos de diferentes países, con presupuestos, que en estos casos, sobrepasan los 9 mil millones de dólares.


1. - El Gran Hadron Colisionador (Large Hadron Collider, LHC).

¿Qué es?: Es el mayor y más poderoso acelerador de partículas del mundo.

¿Qué tamaño?: Se trata de un gran túnel en forma de anillo de 27 kilómetros de largo. Sólo recorrerlo demora varias horas. En su interior se encuentra el LHC (fig. 1).

Localización: Se encuentra entre los límites de Francia y Suiza, en CERN en Laboratorio de Partículas Físicas, cerca de Ginebra, enterrado en el suelo a 80 metros de profundidad.

¿Cuál es su objetivo?: Probar la naturaleza fundamental de la materia, recreando las condiciones que existieron a poco del big bang, y buscar a las hipotéticas partículas Higgs. En el LHC se aceleraran protones a una velocidad cercana a la de la luz y se los hace chocar con una energía de 14.000 millones de electronvolt. Ello es a una energía siete veces superior a la que se ha alcanzado en los aceleradores más poderosos actuales, como el Tevatron en el Fermi National Laboratory, en Illinois (Fig. 2).

¿Por qué tan grande?: Lo que en realidad debiera preguntarse, es por qué LHC es tan chico. La respuesta en mantener los costos bajos. En lugar de cavar un costoso túnel que albergara al nuevo acelerador, los físicos decidieron desarmar LEP, el acelerador de positrones y electrones previamente instalados en CERN y reemplazarlo con 50.000 toneladas de equipos necesarios para LHC.

El poderoso campo eléctrico proporciona la energía a dos rayos de protones que viajan en direcciones opuestas alrededor del anillo. Con cada viaje las partículas ganan más energía.

Mantener esta tremenda alta energía, requiere de enormes campos magnéticos que son generadas por electro magnetos superconductores enfriados a menos de dos grados sobre el cero absoluto.

¿Quiénes trabajan en él?: 600 personas entre investigadores e ingenieros, que pertenecen a 30 países diferentes.

Estado de avance: Se espera que todo esté preparado para que se produzca el primer choque de protones en el verano del 2007.

Costos totales del proyecto: 2.5 mil millones de dólares.


2.- Joint European Torus

¿Qué es?: El mayor reactor de fusión del mundo.

Tamaño: El reactor JET tiene forma de doughnut y está empotrado en un contenedor de 15 metros de ancho y 20 metros de alto (Fig.3).

Localización: En Culham Science Center en Oxfordshire, Inglaterra

¿Para qué sirve?: Para tratar de generar una mezcla suficientemente caliente (sobre 100 millones de ºC) como para lograr fusionar los núcleos de deuterio (isótopo del hidrógeno) y tritio, con lo que se obtendría una colosal liberación de energía limpia (Fig. 4). Se trata de lograr la generación de energía, en la misma forma que lo hace el sol u otras estrellas. Pero hasta ahora este objetivo no ha sido posible (Un Paso para Alcanzar la Energía de Fusión).

Alcanzar la temperatura suficiente para gatillar la fusión, es extraordinariamente dificultoso. El equipo que trabaja en JET usa un décimo de gramo de hidrógeno frío, que es lanzado dentro del reactor torus y luego calentado usando una combinación de energía de radio frecuencia, corriente eléctrica y un chorro de partículas. De este modo los átomos de hidrógeno salen de sus electrones, creando un plasma caliente de iones y electrones que se llegan a calentar lo suficiente como para que se fusione el núcleo.

El JET aprovecha el hecho que las partículas cargadas son deflectadas por un campo magnético. Fuertes campos magnéticos, en forma de espiral, previenen que el plasma golpee con las paredes del reactor, ya que se enfriarían imposibilitando la fusión.

¿Por qué tan grande?: Las grandes máquinas son mejores para retener el calor. Para lograr la fusión es vital aislar el plasma de las paredes frías del reactor. Este se demora más en escapar de una gran máquina que de una pequeña.

¿Quiénes trabajan en él?: 600 investigadores de 20 países.

Estado de avance: En el esfuerzo por alcanzar la fusión, se ha alcanzado el record mundial de generación de poder. Pero después de 13 años que se demoró en lograr la fusión, aun no se logra alcanzar el punto de quiebre, es decir, que el poder extraído en el proceso, iguale al poder necesario para calentar el plasma.

Costo: Reconstruir hoy día el JET costaría 1.2 mil millones de dólares.

Próximo paso: Seis países han formado una asociación para construir un nuevo reactor, llamado "Reactor Termonuclear Internacional Experimentar` (ITR), que tendrá seis veces el volumen de JET. Se espera que con este nuevo reactor sea posible lograr la meta de generar más poder por la fusión, que el invertido en calentar (Renacen las Esperanzas para la Energía de Fusión).


3.- National Ignition Facilita (NIF)

¿Qué es?: Es el láser más grande del mundo.

Tamaño: 215 metros de longitud y 120 metros de ancho. Del mismo tamaño que el Coliseo de Roma.

Localización: Lawrence Livermore National Laboratory, en Livermore, California.

¿Para qué sirve?: Para tratar de crear las condiciones similares a las que existe dentro del Sol y otras estrellas. El núcleo del sol es tan caliente y está bajo tan inmensa presión, que el núcleo del hidrógeno se fusiona para producir helio, por lo que se libera energía. Los investigadores de NIF piensan que con el láser pueden lograr lo mismo con hidrógeno pesado. El láser ya antes ha sido usado para gatillar la fusión, pero ahora piensan que a través de él se podría sobrepasar el punto en que la energía de fusión genere más energía que la que se gasta en calentar el sistema (Fusión por Láser).

Para conseguir esto, NIF enfoca 192 rayos láser sobre un objetivo del tamaño de un maní, que contiene hidrógeno pesado como combustible. Cada láser dispara pulsos de luz ultravioleta con una duración de 3 millonésima de segundo, conteniendo 1.8 millones de joules de energía, lo que en su conjunto y en un instante, equivale a 500 veces más energía que la producida por todas las centrales eléctricas de Estados Unidos. Cuando los pulsos golpean el objetivo, producen un golpe de rayos X que convergen a una cápsula de plástico en el centro de la cámara, que contiene hidrógeno pesado como combustible. Los rayos X debieran calentar el combustible a 100 millones de grados para lograr que se fusionen los núcleos. Esperan que la energía liberada sea 15 veces superior a la que se ha invertido.

Pero se espera que el NIF haga más que esto. Sus láseres también son capaces de recrear las presiones aplastantes, reproduciendo las temperaturas e inmensos campos magnéticos como ocurre en las estrellas de neutrones, en los núcleos de planetas o en las supernovas.

¿Por qué tan grande?: Porque para lograr la fusión hay que llegar a producir un inmenso calor y una altísima presión. Los 192 láseres logran potencian una energía de 3 mil millones de veces más grande. La potenciación se produce al activar los láseres, entre espejos, hacia atrás y adelante, pasándolos por 3000 losas de vidrio de fosfato, donde los átomos de neodimium amplifican el rayo.

¿Quiénes trabajan?: 850 científicos e ingenieros en Livermore, además de 100 físicos que planean los experimentos.

Estado de avance: Ya cuatro de los 192 láseres han estado trabajando por 18 meses y han conseguido disparar los láseres más energéticos del mundo, desde que el proyecto comenzó en 1994. El último objetivo es alcanzar la fusión en el 2010 y allí eventualmente lograr el punto de quiebre, en que la liberación de energía sea mayor que la introducida en el sistema (Fig.5).

Costos: 3.5 mil millones de dólares.


4. - Ligo

¿Qué es?: El detector gravitatorio más grande.

Tamaño: Cada brazo del LIGO tiene 4 kilómetros de largo.

Localización: LIGO comprende dos detectores, uno cerca de Livingston en Luisiana y otro a 3000 kilómetros de distancia, en Hanford, Washington.

¿Para qué sirve?: Detectar ondas gravitacionales en la medida que pasen a través de la Tierra (Ondas Gravitacionales, Ecos del Universo). La teoría general de la relatividad de Einstein, predice que al chocar hoyos negros, o cuando explotan estrellas supernovas, éstas envían ondas gravitacionales a través de la fábrica de espacio-tiempo. Sin embargo hasta ahora nadie ha observado estas ondas gravitacionales directamente. Los científicos de LIGO pretenden al detectar las ondas, y así poner en evidencia los procesos violentos que suceden en el Universo.

Cada detector LIGO está tratando de descubrir desplazamientos minúsculos en el espacio-tiempo, causado por el pasaje de ondas gravitacionales. Para hacer esto, los equipos de investigadores de LIGO hacen rebotar rayos láser entre espejos suspendidos al final de la intersección del tubo vacío en forma de L. El rayo de luz se encuentra donde se juntan los dos brazos de 4 kilómetros de longitud. Aquí ellos interfieren para producir bandas de luz y rayas oscuras que cambiarán si se altera la longitud del brazo por el paso de una onda gravitacional. En la medida que la onda pasa, debiera distorsionar el espacio que la rodea, haciendo que un brazo se acorte, mientras el otro se alarga (Fig. 6 y 7).

¿Por qué tan grande?: Porque las ondas en el espacio-tiempo son muy débiles. Las ondas gravitacionales estrechan y alargan el espacio-tiempo en 1 parte por 10.000 billones de billones, de modo que los brazos de LIGO deben ser lo suficientemente largos si se pretende detectar este pequeñísimo efecto. Incluso con detectores de 4 kilómetros de largo, el equipo de LIGO cree que las chance de su detector es 10-18 metros. Esto es el equivalente de medir el ancho de un átomo, en la distancia entre la Tierra y Júpiter.

Teniendo dos detectores a una distancia de 3000 kilómetros, el equipo de LIGO espera poder descartar cualquiera falsa alarma. Ambos detectores de LIGO, al pasar una onda gravitacional, debieran experimentar el impacto simultáneamente. En cambio, si se trata de un temblor de tierra, o el paso de un tren o un avión, o incluso una tormenta, debiera afectar sólo a uno de los brazos en un instante determinado.

¿Quiénes trabajan allí?: Cuatrocientos científicos de 7 países.

Estado de avance: Desde el 2002 están tratando de detectar ondas gravitacionales, pero aún no lo han logrado.

Costos: Construirlo costó 292 millones de dólares.

Proyecciones futuras: LIGO es sólo una pizca, comparado con el nuevo ambicioso proyecto en preparación. Los físicos pretenden colocar un detector de ondas gravitacionales en el espacio, donde los brazos puedan estar mucho, pero mucho más separado, y al mismo tiempo el equipo pueda estar libre de toda vibración terrena. Si todo camina de acuerdo a lo programado, NASA y la Agencia Europea Espacial, lanzarían a LISA, el detector de ondas gravitacionales, en el año 2012. Se trata de colocar tres naves espaciales provistas de rayos láser, de modo que formen un triángulo, en que cada brazo tendría una distancia de 5 millones de kilómetros. Estos brazos son muchísimo más largos que los de LIGO, por lo que LISA con mayor sensibilidad debiera ser capaz de detectar muchas más ondas gravitacionales.


5.- Pierre Auger Observatory.

¿Qué es?: Es el detector de rayos cósmicos más grande del mundo.

Tamaño: El detector Auger ocupa un espacio de 3000 kilómetros cuadrados

Localización: Mendoza, Argentina.

¿Para qué sirve?: Para llegar a saber de dónde provienen los rayos cósmicos. La Tierra es continuamente bombardeada por partículas de alta energía que vienen desde el espacio exterior, pero nadie sabe dónde se originan, o que les proporciona su energía.

Para dar respuesta a estas interrogantes, Auger estudia la lluvia de partículas producidas cuando los rayos cósmicos golpean a moléculas en la alta atmósfera. Cada coalición puede ser lo suficientemente violenta como para transformar una molécula en una variedad de fragmentos y cada uno de ellos a su vez puede golpear otras moléculas, gatillando así una gran cascada de partículas que se esparce en grandes extensiones y caen sobre la Tierra.

Auger esta buscando dos tipos de huellas. Los choques de rayos cósmicos sobre moléculas de nitrógeno en la atmósfera, y el control de 1600 detectores instalados a lo largo de la pampa, cada uno de ellos lleno con 12 toneladas de agua, que pueden detectar partículas cargadas que chocan en el estanque. Combinando la información de muchos detectores, el equipo de Auger puede informarse de la dirección original de los rayos cósmicos (Fig.8 y 9).

Los investigadores también esperan que rayos cósmicos con una energía superior a 1020 electrovolts, provenientes de galaxias distantes. La teoría de la relatividad especial de Einstein, sostiene que ello no es posible ya que debieran perder mucha energía interactuando con las radiaciones de microondas provenientes del big bang. Con todo algunos experimentos han permitido detectar rayos cósmicos por sobre el límite de 10-20 electrovolt, que no se pueden atribuir como provenientes de nuestra galaxia. Ello puede llevar a repensar la teoría especial de relatividad de Einstein, o puede ser una evidencia de la existencia de misteriosas partículas súper pesadas que hayan sido creadas poco después del big bang.

¿Por qué tan grande?: Debido al tamaño y la escasez de lluvias cósmicas.

¿Quiénes trabajan?: Aproximadamente 350 físicos e ingenieros, pertenecientes a 15 países.

Estado de avance: Ya esta funcionando una cuarta parte de los 1600 detectores que se han programado y se espera completar el resto a comienzos del 2006.

Costos: 47 millones de dólares

Proyecciones futuras: Los investigadores han planificado la construcción de un observatorio similar, ubicado en Utah en Colorado, con el objeto de estudiar también los rayos cósmicos que provienen de galaxias visibles desde el hemisferio norte.


6.- Amanda

¿Qué es?: Es el telescopio de neutrinos más grande del mundo.

Tamaño: Esta hecho de más de 700 sensores insertos en un cilindro de 1 kilómetro de alto y 200 metros de ancho (Fig. 11 y 12).

Localización: A 1400 metros bajo el hielo, cerca de la estación Amundsen-Scott, en el Polo Sur.

¿Para qué sirve?: Para mapear los neutrinos del cielo. Los neutrinos provienen de grandes acontecimientos y objetos en el Universo, como estallidos de rayos gama, o galaxias activas con hoyos negros súper masivos en sus centros. Su débil interacción con la materia los hace ideales como mensajeros astronómicos. A diferencia de las partículas livianas o cargadas, viajan a través del Cosmos, sin ser absorbidos por el polvo, o deflectados por los campos magnéticos, lo que hace posible poner en evidencia a objetos que de otra forma estarían ocultos (Investigando más acerca de los neutrinos).

Una pequeña fracción de neutrinos choca dentro del núcleo de oxígeno en el hielo Antártico, enviando restos atómicos. La mayor parte de estos restos son absorbidos, pero algunos son llevados a cientos de kilómetros, dando lugar a un resplandor que viaja a través de los claros hielos antárticos, hasta los sensores de AMANDA, que cuelgan suspendidos de cuerdas en los hielos.

Dado que el equipo de AMANDA esta buscando neutrinos del cielo, hay posibilidades que los investigadores puedan toparse con aspectos completamente nuevos en astronomía.

¿Por qué tan grande?: Las interacciones de neutrinos son pocas. Las señales de neutrinos que pasan a través de AMANDA, son 1 en un millón. Pero dado el enorme volumen de detección, se incrementan las posibilidades de captar neutrinos.

¿Quién trabaja?: Alrededor de 120 físicos de cien países.

Estado de desarrollo: Han estado captando neutrinos desde el año 2000. Hasta ahora no han visto ninguna evidencia de frentes de neutrinos en el espacio profundo.

Costos: 31 millones de dólares, para el diseño y construcción de los detectores, excluyendo el costo de transporte hasta el polo sur.

Planes futuros: Los investigadores han comenzado a construir en el Polo Sur, una versión más grande de AMANDA. Conocido como Cubo de Hielo, el nuevo detector tendrá 5000 sensores, enterrados en un kilómetro cúbico de hielo. Deberá estar finalizado para el año 2009. Antes de ello, NASA colocará un balón durante 30 días, sobre el Polo Sur, equipado con un detector de neutrinos, llamado ANITA. El detector monitoreará un millón de kilómetros cúbicos de hielo, buscando en ellos huellas de pulso de radio ondas, puestas en evidencia por los neutrinos.


7. - Cassini-Huygens Probe

¿Qué es?: El mayor aparato planetario en operación.

Tamaño: Cassini mide 6 metros de alto y cuatro metros de ancho. Pesa 5.7 toneladas incluyendo el combustible.

Localización: En orbita alrededor de Saturno (La nave Cassini arribó a Saturno).

¿Para qué sirve?: Descifrar los misterios de Saturno. Cassini-Huygens estará durante 4 años orbitando al planeta anillado. Durante este tiempo estudiará la atmósfera y los campos magnéticos de Saturno, como también sus anillos y las lunas de hielo.

Para la Pascua, se piensa que Cassini va a liberar a la sonda Huygens iniciando una expedición de 20 días hacia Titán, la mayor luna de Saturno. La superficie de Titán, esta cubierto por gruesas nubes, por lo que los astrónomos no saben si Huygens en definitiva va a chocar con hielo o va a caer en un océano de hidrocarbones. Pero sí saben que la atmósfera de Titán es rica en nitrógeno y metano, con una composición similar a la que tenía la atmósfera de la Tierra antes que comenzara el desarrollo de la vida, hace 4 mil millones de años.

¿Por qué tan grande?: Cassini lleva 18 instrumentos científicos, diseñados para analizar a Saturno, además de la sonda Huygens que pesaba 320 kilos. Desde este punto de vista, Cassini cualifica como la nave espacial mejor equipada que se haya fabricado hasta ahora. Pero más del 50% de su peso estaba dado por el combustible necesario para llegar a Saturno, en un viaje de 3.5 mil millones de kilómetros, vía Venus, la Tierra y Júpiter. Lanzado en 1997, Cassini fue la última de las naves espaciales gigantes de la NASA.

¿Cuántos trabajan?: 260 científicos planetarios de 17 países.

Estado de desarrollo: Cassini arribó a Saturno el primero de Julio del 2004 y Huygens está preparado para alcanzar la superficie de Titán en Enero del 2005.

Costos: 3.27 mil millones de dólares.

Planes futuros: NASA espera lanzar a JIMO en el año 2012, con el objetivo de explorar a Júpiter y sus lunas, Europa, Callisto y Ganymide. JIMO sería la más grande nave espacial fabricada hasta ese entonces.