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La Universitat Politècnica de València es uno de los socios del proyecto científico internacional Hyper-Kamiokande (HKK), que prevé la construcción del mayor telescopio para la detección de neutrinos del mundo.

El objetivo de este detector, que comenzará a operar en 2027 en Hida (Japón), es demostrar la teoría asociada a una propiedad esencial de los neutrinos que explicaría el desequilibrio entre la producción de materia y antimateria en el inicio del Universo. Este proyecto buscará respuestas a ¿cómo funciona el Universo?, ¿cómo se formaron las galaxias y las estrellas?, ¿de qué está hecha la materia oscura?, ¿por qué hay más materia que antimateria en el Universo?

El detector Hyper-Kamiokande tendrá, previsiblemente, una masa ocho veces mayor que su predecesor, el Super-Kamiokande, y estará equipado con fotosensores de alta sensibilidad recientemente desarrollados. Se construirá a una profundidad de 1000 metros bajo tierra en la mina de Mozumi, ubicada a 300 kilómetros de Tokyo.

“Hyper-Kamiokande va a suponer un hito científico y tecnológico; con este proyecto tendremos el mayor detector de neutrinos del mundo y, sin duda alguna, supone un hito en la investigación internacional en este campo”, destaca Francisco Mora, investigador del Instituto I3M (UPV-CSIC), catedrático de la Escuela Técnica Superior de Ingeniería en Telecomunicación y coordinador del equipo de la UPV que trabajará en este proyecto. Y en cuanto a dimensiones, Mora señala que “basta solo este dato para comprender su magnitud: el volumen del tanque de agua en el que van a interaccionar los neutrinos es similar a la catedral de Notre Dame”.

Módulo de proceso de datos del Hyper-Kamiokande

El equipo la UPV se centrará fundamentalmente en la electrónica del telescopio, en concreto, en el diseño, prototipado, fabricación y mantenimiento de más de 1000 unidades del módulo de proceso de datos (DPM) del Hyper-Kamiokande.

Según explica Francisco Mora, el principal reto de este módulo es la alta fiabilidad exigida, puesto que deberá estar funcionando durante un mínimo de 10 años sin posibilidad de ser reparado. “Es la primera vez que la electrónica de un detector Kamiokande va a estar sumergida en el agua. Vaciar el tanque en el que va a estar el telescopio costaría entre 6 y 7 millones de euros, por ello, el diseño de este módulo y de sus componentes ha de ser muy fiable, de modo que la tasa de fallo sea mínima; de las casi 1.300 unidades que vamos a integrar, no podrían fallar más de 60 para cumplir con los requisitos exigidos por el sistema de adquisición de datos”, explica Francisco Mora.

Toda la electrónica diseñada por el equipo de la UPV será testeada en un laboratorio experimental del Laboratorio Europeo de Física de Partículas Elementales (CERN), el laboratorio de investigación básica más importante del mundo. “En él, se llevarán a cabo las pruebas de la electrónica, mecánica e impermeabilización de los equipos, sometiéndolos a condiciones extremas de temperatura, humedad, etc. a unas altas condiciones de estrés que provoquen un proceso de envejecimiento acelerado. Todo para ello para validar su óptimo rendimiento en Hyper-Kamiokande”, explica Francisco Mora.

La participación de la UPV en este proyecto internacional es fruto de la experiencia previa en este campo, en el que han trabajado en proyectos de referencia como NEXT, uno de los mayores experimentos sobre física de neutrinos realizado en Europa. “Gracias a esta trayectoria, en proyectos como NEXT y otros de física de altas energías, desde el Ministerio nos contactaron para participar en esta importante colaboración internacional”, destaca Francisco Mora.

Junto a la UPV, el Consorcio Hyper-Kamiokande español está formado por el Centro de Astropartículas y Física de Altas Energías (CAPA) de la Universidad de Zaragoza, el Centro Internacional de Física de Donostia (DIPC), el Instituto de Física de Altas Energías (IFAE), el Laboratorio Subterráneo de Canfranc (LSC), la Universidad Autónoma de Madrid (UAM), Universitat de Girona (UdG), Universidad de Oviedo (UO) y la Universidad de Santiago de Compostela.

“Hyperkamiokande será capaz de detectar neutrinos con mayor precisión y sensibilidad que los detectores actuales, lo que permitirá a los científicos estudiar con mayor detalle las propiedades de los neutrinos, como su masa y sus oscilaciones. Contribuirá a resolver algunos de los mayores misterios de la física, como la materia oscura y la asimetría materia-antimateria en el Universo”, concluye Francisco Mora.

El experimento Hyper-Kamiokande debe estar listo en 2026 y el gran telescopio captando datos a partir de 2027.

Imagen: Super-Kamiokande