Characterisation of the Bedretto Underground Site for Fundamental Physics Experiments

El lugar más silencioso de la Tierra (y por qué lo necesitamos)

Imagine intentar escuchar un solo susurro en medio de un bullicioso concierto de rock. Eso es esencialmente lo que enfrentan los científicos cuando intentan estudiar los secretos más esquivos del universo. Profundo bajo tierra, lejos del caos de la superficie, existen experimentos que buscan cosas que casi nunca suceden: partículas de "materia oscura" que podrían conformar la mayor parte del universo, o desintegraciones nucleares raras que podrían explicar por qué existimos en absoluto. Para captar estos eventos fantasmales, los científicos necesitan un laboratorio que sea lo más silencioso posible.

¿Por qué la superficie es tan ruidosa? Primero, el cielo está constantemente lanzando partículas de alta energía llamadas rayos cósmicos, que chocan contra todo y crean una "estática" de fondo que ahoga las señales delicadas. Segundo, el suelo mismo vibra con cada coche, tren y ola del océano que pasa. Tercero, las rocas que nos rodean brillan naturalmente con una radiación tenue e invisible de elementos como el uranio y el radón. Para solucionar esto, los científicos construyen laboratorios profundos bajo tierra. La enorme pila de roca encima actúa como un escudo gigante, bloqueando la lluvia cósmica y amortiguando las vibraciones. Cuanto más profundo vas, más silencioso se vuelve. Pero encontrar el lugar perfecto —uno que sea lo suficientemente profundo, lo suficientemente silencioso y fácil de alcanzar— es como buscar una aguja en un pajar. Aquí es donde un nuevo contendiente entra en juego.

La búsqueda del refugio subterráneo definitivo

Un equipo de investigadores acaba de terminar un enorme "chequeo de salud" de un nuevo hogar potencial para la ciencia: el túnel Bedretto, en las montañas de Ticino, Suiza. Piense en este túnel no solo como un agujero en el suelo, sino como una potencial "sala silenciosa" para los instrumentos más sensibles jamás construidos. El equipo quería saber: ¿Es este lugar lo suficientemente silencioso como para escuchar el susurro del universo?

Se instalaron a unos 3,5 kilómetros dentro del túelo, un punto llamado TM3500, que se encuentra bajo más de 1.400 metros de montaña sólida. Para probar el sitio, actuaron como detectives cósmicos, midiendo desde la lluvia de partículas que golpeaba las paredes hasta el zumbido de la tierra misma.

El control de la lluvia cósmica
Primero, observaron la "lluvia de muones cósmicos". Los muones son como pequeñas balas de alta velocidad provenientes del espacio que pueden atravesar casi cualquier cosa. En la superficie, nos golpean constantemente. El equipo instaló un telescopio hecho de paneles de plástico para contarlos. El resultado fue espectacular: en el sitio de Bedretto, la lluvia de muones fue suprimida por un factor de un millón en comparación con la superficie. Es como si hubieran pasado de un huracán a una suave brisa. Este nivel de quietud sitúa a Bedretto en la misma liga que los mejores laboratorios subterráneos del mundo, convirtiéndolo en un candidato principal para experimentos que necesitan estar protegidos del ruido cósmico.

El brillo radiactivo de la roca
A continuación, revisaron las paredes mismas. Las rocas no son perfectamente silenciosas; contienen elementos radiactivos naturales que emiten rayos gamma y neutrones, los cuales pueden parecer señales falsas para los detectores sensibles. El equipo tomó muestras del granito de las paredes del túnel y midió su "huella dactilar radiactiva". Encontraron que la roca en su lugar elegido era en realidad bastante limpia, con aproximadamente un 35% menos de radiactividad que la roca encontrada en otras partes del túnel. También midieron el aire y descubrieron que, si bien hay algo de gas radón (un gas radiactivo que se filtra de las rocas), este puede gestionarse fácilmente bombeando aire fresco, de forma muy parecida a abrir una ventana para despejar una habitación con mal olor.

La vibración y el zumbido magnético
Finalmente, escucharon el suelo y el aire en busca de ruido invisible. Midieron el campo magnético (la fuerza invisible que guía las brújulas) y las vibraciones sísmicas (el temblor del suelo). Encontraron que el ruido magnético era increíblemente bajo, excepto por un "zumbido" específico a 16,7 Hz. Este zumbido resultó ser causado por los trenes eléctricos que circulan en el cercano túnel ferroviario de la Furka; cuando los trenes se detienen por la noche, el zumbido desaparece. Esto les dice a los científicos que, si construyen su laboratorio, solo necesitan protegerse contra esa frecuencia específica.

Las mediciones sísmicas fueron aún más impresionantes. El suelo en Bedretto es tan quieto que es mucho más silencioso que el "Nuevo Modelo de Bajo Ruido", que es el límite teórico de qué tan silenciosa puede ser la Tierra. De hecho, las vibraciones son tan bajas que son dos órdenes de magnitud mejores de lo requerido para los detectores de ondas gravitacionales de próxima generación, máquinas diseñadas para escuchar las ondulaciones en el espacio-tiempo causadas por la colisión de agujeros negros.

Lo que esto significa para el futuro
El artículo concluye que el túnel Bedretto es una ubicación "altamente competitiva" para la física fundamental. No es solo profundo; es accesible, con túneles horizontales que facilitan el movimiento de equipos pesos hacia adentro y hacia afuera, a diferencia de algunos laboratorios que requieren excavar pozos verticales. El equipo sugiere que, con la construcción estándar —como añadir una capa de concreto a las paredes para bloquear más radiación y neutrones—, este sitio podría convertirse en uno de los laboratorios más profundos y silenciosos de Europa.

No están afirmando haber construido el laboratorio todavía, pero han demostrado que el sitio está listo. Las mediciones muestran que el ruido de fondo es lo suficientemente bajo como para soportar experimentos de vanguardia que buscan materia oscura, la doble beta desintegración sin neutrinos y ondas gravitacionales. Esencialmente, han encontrado una cueva perfecta y silenciosa donde los secretos del universo podrían, finalmente, ser lo suficientemente fuertes como para ser escuchados.