De A Coruña a la élite de la física de partículas

Un coruñés tras las claves del Universo

El físico Carlos Mariñas lidera la integración y puesta en marcha del detector de vértices de 'Belle II', un ambicioso proyecto que se desarrolla en Japón y que busca avanzar en el estudio de la asimetría entre materia y antimateria

16.07.2017 | 03:03
El físico de partículas coruñés Carlos Mariñas trabajando en el detector de vértices de ´Belle II´.

El físico coruñés Carlos Mariñas Pardo lidera la integración y puesta en marcha del detector de vértices de 'Belle II', que será instalado en el acelerador de partículas 'SuperKEKB', situado en la ciudad de Tsukuba, en Japón. Desde la Universidad de la ciudad alemana de Bonn, -donde reside desde hace seis años-, se encarga de coordinar a más de 200 especialistas de una veintena de institutos de Europa, Asia y Oceanía. La tesis doctoral de Mariñas sentó las bases del trabajo que lleva a cabo en la actualidad. 'Belle II' es un ambicioso proyecto internacional, con la participación de más de 750 científicos, que tratará de estudiar la diferencia entre la antimateria y la materia y cuáles son las razones del exceso de esta última, con respecto a la primera, en el Universo

Avanzar en el estudio, al detalle, de la asimetría entre materia y antimateria, explicando así por qué el Universo está compuesto solo por materia, es el objetivo principal de Belle II, un ambicioso proyecto internacional en el que participan unos 750 científicos de todo el mundo. Y el coruñés Carlos Mariñas Pardo juega un papel destacado entre todos ellos. Licenciado en Física de Partículas por la Universidade de Santiago (USC) y doctor por la de Valencia, Mariñas lidera la integración y puesta en marcha del detector de vértices de Belle II, que será instalado en el acelerador SuperKEKB, situado en la ciudad de Tsukuba, en Japón. Desde la Universidad de la ciudad alemana de Bonn, donde reside, se encarga de coordinar a más de 200 especialistas de una veintena de institutos de Europa, Asia y Oceanía.

"Los experimentos en física de partículas asociados a grandes aceleradores pueden agruparse en dos categorías principales: aquellos que trabajan en la frontera de la energía y los que lo hacen en la frontera de la intensidad. Mientras los del primer tipo -como, por ejemplo, el Gran Colisionador de Hadrones (LHC) en el CERN de Ginebra- se centran en acelerar y colisionar partículas a la mayor energía posible, SuperKEKB, el acelerador en el que opera el detector Belle II, pertenece al segundo tipo, y colisiona partículas a energías no tan elevadas como el acelerador de Ginebra pero a una frecuencia de colisión más de 100 veces mayor que este", explica Mariñas, quien especifica que " Belle II es un experimento especializado en el estudio de un tipo de física muy concreto (denominada física del sabor) que ha resultado ser muy útil ya en el pasado para probar la validez del denominado Modelo Estándar de la física de partículas". "Según ese modelo, existen ciertos procesos muy suprimidos o prohibidos en la Naturaleza y nuestro trabajo es analizar de forma muy precisa el resultado de las colisiones con la mayor cantidad de datos posible en busca de esos procesos tan extraños", señala.

Belle II está situado en el laboratorio japonés KEK, a las afueras de Tokio, y en el experimento participan más de 750 científicos pertenecientes a 101 institutos de 23 países distintos. Dicho detector, para cuyo desarrollo y construcción se emplearon alrededor de diez años de trabajo, está en su etapa final de producción y ensamblaje, y la previsión es que se ponga en marcha a principios de 2018.

" Belle II tiene diferentes componentes, y mi trabajo consiste en la instalación y puesta en marcha del subdetector más interno, situado en el corazón de la colisión de los electrones con los positrones -la antipartícula del electrón-. Ese detector -llamado detector de vértices- está construido con detectores ultrafinos de silicio -su grosor es equivalente a la mitad del diámetro de un cabello humano- , y con sus 8 millones de píxeles leídos 50.000 veces por segundo, es capaz de reconstruir las trayectorias de las partículas que lo atraviesan", subraya el físico coruñés.

Más de 200 personas -incluyendo personal técnico, científico y en formación- de una veintena de institutos de Europa, Asia y Oceanía, coordinados por Carlos Mariñas Pardo, colaboran en la construcción de ese detector interno. "A nivel europeo, aunque Alemania lleva la batuta en el detector de píxeles, también existe participación española con el grupo del Instituto de Física Corpuscular de Valencia, donde obtuve mi doctorado. Es una colaboración internacional muy especializada donde el trabajo está enormemente repartido y la coordinación es fundamental para que el ensamblaje final de todas las diferentes partes que se lleva a cabo en Japón se ejecute sin sorpresas. Nuestra colaboración tiene una estructura organizativa muy similar a la de los otros grandes experimentos como los del CERN", destaca el físico coruñés, cuya tesis doctoral apuntaló las bases del trabajo que lleva a cabo en la actualidad. Una tesis que, tal y como él mismo indica, contiene dos partes "bien diferenciadas", pero ambas "dentro del campo de la instrumentación en detectores de precisión utilizando píxeles de silicio inteligentes y adelgazados".

"En la primera etapa, trabajé en la caracterización de diferentes prototipos de estos detectores en el laboratorio, utilizando láseres y fuentes radioactivas, y en pruebas con haces de partículas en el CERN de Ginebra. Aunque la tecnología que se utiliza en Belle II -denominada tecnología DEPFET- se inventó hace más de veinte años, la optimización de todos los parámetros del detector y su implementación final en un experimento de altas energías está llevándose a cabo todavía ahora por primera vez", indica.

La segunda parte del trabajo fue la propuesta y desarrollo del sistema de enfriamiento del detector de vértices de Belle II. "Fue un trabajo muy enfocado a la ingeniería, pero que requería un conocimiento profundo del detector, su implementación y su funcionamiento", apunta Mariñas, quien detalla que los detectores internos "han de ser muy finos y ligeros, ya que todo material innecesario deteriora el funcionamiento global del sistema". De ahí que "se optase por una solución mixta de nitrógeno enfriado en la parte central y un sistema de enfriamiento de CO2 por transición de fase en las partes más críticas, dónde mayor calor se disipa". "Con esta configuración, se consigue enfriar el detector sin añadir material en las partes vitales del mismo", recalca.

Mariñas confía en que la tecnología desarrollada para el detector de vértices de Belle II pueda integrarse, también, en el Colisionador Lineal Internacional (ILC), un proyecto muy ambicioso y que todavía se encuentra en la fase de estudio previo a su posible aprobación final. "En el diseño actual del ILC hay previstos dos detectores con tecnologías complementarias y nuestro concepto es un firme candidato a ocupar la parte más interna de uno de dichos detectores (ILD). En cuanto el proyecto se apruebe, habrá una revisión de las tecnologías candidatas y se decidirá en base a la capacidad de dicho detector para realizar las tareas encomendadas. Llegados a ese punto, el haber desarrollado con éxito el detector de vértices de Belle II, nos pondrá en una posición ventajosa para hacernos cargo también de ese nuevo proyecto", subraya Mariñas.

El físico coruñés puntualiza que, dentro de la gama de experimentos de precisión -ILC o Belle II-, "aunque cada detector tenga sus peculiaridades, existe una rama de desarrollo común y genérico que es válida para ambos conceptos: detectores finos, precisos y rápidos". "La clave está en la optimización de estos parámetros para cada aplicación concreta", concluye.

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