Un equipo de investigadores vascos avanza en la busqueda del origen del Universo

Un equipo interdisciplinar de científicos liderado por investigadores del DIPC, Ikerbasque y la Universidad del País Vasco (UPV/EHU) ha demostrado que "es posible construir un sensor ultrasensible basado en una nueva molécula fluorescente capaz de detectar el tipo de desintegración nuclear clave para saber si un neutrino es o no su propia antipartícula" y poder responder a preguntas "sobre el origen del universo".

En un comunicado, los impulsores de esta investigación han destacado que los resultados tienen "potencial para determinar la naturaleza del neutrino y responder así a preguntas fundamentales" sobre el Universo y por qué estamos aquí.

Según los investigadores, "es posible demostrar que el neutrino es su propia antipartícula observando un raro tipo de proceso nuclear llamado desintegración doble beta sin neutrinos (bb0nu), en el que simultáneamente dos neutrones (n) del núcleo se convierten en protones (p) y se emiten además dos electrones (e) que se escapan fuera del átomo".

Este trabajo, concebido y dirigido por los investigadores F.P. Cossío, Catedrático de la Universidad del País Vasco (UPV/EHU) y director científico de Ikerbasque, y J.J. Gómez-Cadenas, Profesor Ikerbasque del Donostia International Physics Center (DIPC), cuenta con un equipo que incluye científicos del DIPC, la UPV/EHU, Ikerbasque, el Laboratorio de Óptica de la Universidad de Murcia (LOUM), el Centro de Física de Materiales (CFM, centro mixto CSIC-UPV/EHU), POLYMAT, y la Universidad de Texas en Arlington (UTA).

La investigación combina entre otras disciplinas, física de partículas, química orgánica, física de superficies y óptica, con el fin de crear proyectos interdisciplinares. El estudio parte de la idea, propuesta del científico D. Nygren (UTA), inventor de tecnología de cámaras de proyección temporal (TPCs) en las que se basan numerosos experimentos de física de partículas.

Cambio de color

El grupo de Cossío y Gómez-Cadenas ha diseñado un indicador capaz de capturar selectivamente el Ba2+ y que no sólo brilla más intensamente al atrapar el ion, sino que cambia de color, contribuyendo así a "una clarísima observación de la señal sobre el ruido de fondo".

La síntesis de este indicador molecular bicolor, denominado FBI (las siglas en inglés de Fluorescent Bicolor Indicator), se ha realizado bajo el liderazgo del investigador I. Rivilla del DIPC. Si se ilumina con luz ultravioleta una molécula FBI sin bario, esta emite fluorescencia en el rango de la luz verde, con un espectro de emisión estrecho de alrededor de 550 nm. En cambio, cuando esta molécula captura Ba2+, su espectro de emisión se desplaza hacia el azul (420 nm). Esto hace posible identificar la presencia de Ba2+ a partir de la observación de una molécula FBI azul.

Según Cossío, "lo más complicado de la parte química" del trabajo fue diseñar una nueva molécula que "debía brillar mucho, capturar bario con extrema eficacia y emitir una señal específica que permitiera detectar la captura sin ruido de fondo".

"Además, la síntesis química del nuevo sensor FBI debía ser eficiente para poder tener muestras ultrapuras en cantidad suficiente para su instalación en el detector", ha añadido.

El siguiente paso de este proyecto será construir un detector basado en FBI para la detección de la desintegración doble beta sin neutrinos o bb0nu, para lo que Gómez-Cadenas y F. Monrabal del DIPC junto D. Nygren y sus colaboradores de UTA ya están desarrollando la propuesta conceptual.

Este futuro experimento, que podría estar en marcha "en unos pocos años sería capaz de buscar sucesos bb0nu libres de ruido de fondo gracias a la identificación de los dos electrones y el átomo de bario producidos en la reacción y tendría un gran potencial para descubrir si el neutrino es su propia antipartícula, lo que permitiría responder a preguntas fundamentales sobre el origen del Universo, incluyendo la de por qué estamos aquí".