QUBIC, el instrumento que rastreará el comienzo del Universo

Hoy, 23 de septiembre, se inaugura en Alto Chorrillos, en el corazón de la Puna salteña, el observatorio cosmológico conocido como Proyecto Qubic. En él trabajaron 130 investigadores de Argentina y varios países europeos.

A 5000 metros de altura sobre el nivel del mar, un instrumento de clase mundial está haciendo ciencia de frontera para descubrir pistas comprobables del momento en que todo lo que conocemos empezó a existir. Se trata del QUBIC, un instrumento astronómico novedoso que combina la sensibilidad de detectores bolométricos, enfriados a 273 grados centígrados bajo cero (-273°C) con la precisión de la técnica interferométrica y la posibilidad de espectro-imagen: la medición simultánea del color de cada pixel de la imagen, que permite sustraer modos B no primordiales (ver explicación abajo).

En este proyecto participan los científicos del Instituto de Tecnologías en Detección de Astropartículas (ITEDA) –que integran la Comisión Nacional de Energía Atómica, el CONICET y la UNSAM– junto a investigadores de Francia, Italia, Reino Unido e Irlanda.

El instrumento se desarrolló originariamente en Francia, Italia, con colaboraciones de Irlanda, Reino Unido y Estados Unidos, y se lo ensambló, puso en funcionamiento y testeó en laboratorios de nuestra CNEA.

QUBIC compite con varios otros proyectos de cosmología observacional que investigan los modos B primordiales: BICEP/KECK, CLASS, SPIDER de Estados Unidos, Ali-CPT de China y el proyecto de satélite japonés (con una importante contribución europea) LiteBIRD (previsto para 2033). Sin embargo, ninguno de estos telescopios pueden compararse con QUBIC en lo que hace a las posibilidades que brinda la interferometría.

Si bien el descubrimiento final del modo B tendrá que ser confirmado de forma independiente por varios grupos, la colaboración QUBIC se posiciona en un tema de alto impacto en Cosmología, y en particular a la Argentina.

Tareas realizadas en Argentina

El Proyecto QUBIC es el resultado de una colaboración entre 130 investigadores e ingenieros en Francia, Italia, Argentina, Reino Unido e Irlanda. El instrumento se desarrolló en Francia en APC (París) entre 2008 y 2018 y fue probado en ese mismo laboratorio entre 2019 y 2020.

En julio de 2021 llegó a la Argentina (como fue informado en AgendAR). Fue trasladado al Laboratorio de Integración, en la Regional Noroeste de CNEA (especialmente construido para tal fin) en Salta, donde se ensambló, se puso en funcionamiento y testeó a lo largo de un año.

Además, en la Argentina se realizaron las siguientes tareas: Diseño y construcción de la montura, del sistema de movimiento de la montura, del laboratorio de criogenia en el Centro Atómico Constituyentes; del sistema de liberación de membranas para los absorbedores de la radiación incidente de los sensores cuánticos criogénicos y del domo.

Por otra parte, se procedió a la construcción de la infraestructura que alberga el telescopio en Alto Chorrillos, con la instalación de generadores y tanque de combustible y el diseño y construcción del sistema eléctrico. Estas tareas debieron ser complementadas con otras como la construcción de caminos de acceso y la instalación del albergue, además de llevar energía y comunicaciones al sitio.

El instrumento ya está operativo y en condiciones de comenzar a adquirir datos para calibración.

Hacer ciencia de frontera permite desarrollar tecnología de punta

QUBIC intenta abordar esos primeros instantes del Cosmos. La teoría de la inflación cosmológica se propuso en la década de 1980 para explicar la geometría plana y la extrema homogeneidad del espacio-tiempo. La inflación proporciona un mecanismo físico para producir fluctuaciones de densidad primordiales en el universo,  que luego dieron origen a la estructura a gran escala (cúmulos de galaxias, galaxias, estrellas).

Es un período durante el cual el Universo experimentó una expansión extremadamente rápida, que  ocurrió alrededor de 10-35 segundos después del Big Bang.

Aunque todas las observaciones hasta la fecha son compatibles con la teoría de la inflación, todavía no tenemos pruebas directas de que realmente ocurrió. Si la inflación tuvo lugar, los cálculos muestran que debería haber dejado pequeños rastros en forma de ondas gravitacionales primordiales, que dejarían su huella en el fondo cósmico de microondas en forma de cierto tipo de polarización de la radiación, llamados modos B,
que ningún otro mecanismo primordial podría producir. Si se detectan estos modos B primordiales, será una prueba directa de la fase de inflación, un resultado importante en cosmología con profundas consecuencias para la física de partículas.

El estudio del patrón de modo B permitirá el estudio de la física fundamental a energías que serán imposibles de lograr en los aceleradores de partículas durante los siglos venideros. La búsqueda de los modos B presenta un desafío considerable para los astrofísicos. La señal esperada es extremadamente débil y su detección requiere detectores ultrasensibles y un telescopio excepcionalmente preciso. No es sencillo analizar la señal que proviene del fondo de microondas, pues ella se ve afectada  también
por la presencia de modos B no primordiales, que son producidos por el polvo en nuestra propia galaxia y que deben eliminarse.

A pesar del impresionante progreso alcanzado en las últimas décadas en nuestra comprensión del Universo, aún quedan varios enigmas sin solución, tales como los relacionados con la materia oscura, la energía oscura o lo que sucedió en los primeros momentos del Universo.

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Asistirán a la inauguración el Ministro de Ciencia, Tecnología e Innovación, Daniel Filmus, acompañado por Adriana Serquis, Presidenta de la Comisión Nacional de Energía Atómica (CNEA); Matías Cánepa, Ministro de Educación, Cultura, Ciencia y Tecnología de Salta; Ana Franchi, Presidenta del Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas, (CONICET) y Alberto Etchegoyen, Director de ITeDA (instituto formado por CNEA,CONICET, UNSAM) y co-vocero del proyecto Qubic.

Participarán también científicos procedentes de Francia e Italia, países que integran el proyecto. Ellos son, Silvia Masi, Co-vocera de QUBIC, por la Universidad La Sapienza, de Roma, Italia; Jean-Christophe Hamilton, vocero de QUBIC , Instituto Nacional de Física Nuclear y Física de Partículas (IN2P3), de Francia; Vincent Poireau, Director Científico Adjunto de Astropartículas y Cosmología del Instituto Nacional de Física Nuclear y Física de Partículas (IN2P3) de Francia, y Fernando Ferroni, ex Presidente del Instituto Nacional de Física Nuclear (INFN), Italia.