En 2017, Chamkaur Ghag, físico del University College de Londres, recibió un correo electrónico de un colega en España con una oferta tentadora. El año anterior, un profesor emérito de la Universidad de Princeton, Frank Calaprice, se había enterado de antiguos barcos españoles que se habían hundido en la costa de Nueva Jersey hace 400 o 500 años, mientras transportaban un cargamento de plomo. Calaprice obtuvo algunas muestras de este plomo y lo envió a España, donde un laboratorio enterrado en los Pirineos probó su radiactividad. Era bajo: justo lo que Aldo Ianni, el entonces director del Laboratorio Subterráneo de Canfranc, esperaba. Ahora que el plomo hundido se ofrecía a cualquier laboratorio de física dispuesto a pagar 20 euros por kilogramo, un precio bastante alto, por él.
El plomo se extrae y se refina en todo el mundo, pero ese plomo de siglos de antigüedad, que se encuentra en un naufragio, tiene una calidad rara. Habiéndose sentado bajo el agua desde antes de que nacieran los Estados Unidos de América, su radiactividad natural se ha deteriorado hasta el punto de que ya no está escupiendo partículas. Para los físicos de partículas, eso lo hace excepcionalmente valioso.
» Es como polvo de oro», dice Ghag.
Olvídese del plutonio: Muchos objetos cotidianos, desde cerámica y vidrio hasta metales y plátanos, son radiactivos, en diversos grados. Si las partículas de su descomposición chocaran con los detectores de experimentos de física de partículas, podrían dar falsos positivos a los científicos y cavar baches en el camino hacia el descubrimiento científico. Incluso los experimentos en sí, construidos con todo tipo de metales, tienen componentes ligeramente radiactivos.
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Solo unas pocas pulgadas de plomo pueden proteger a los detectores de todo tipo de radiación encubierta, y una de las mejores formas de bloquear las partículas furtivas y no deseadas es rodearlos con plomo que en sí mismo es apenas radiactivo. La mejor fuente de tal plomo son los barcos hundidos, algunos de los cuales han sido cadáveres cerca de las aguas costeras durante dos milenios.
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Los experimentos de física de partículas buscan los bloques de construcción más fundamentales del cosmos, incluida la materia oscura, una sustancia aún invisible que actúa como pegamento dentro y entre galaxias. Esta antigua pista, entonces, está ayudando a la humanidad a descubrir los secretos del universo, pero obtenerla a menudo presenta incertidumbres prácticas y éticas.
El plomo naufragado pertenece a una clase de artículos conocidos como materiales de bajo nivel de fondo, que tienen niveles muy bajos de radiactividad intrínseca. No hay un estándar acordado para lo que constituye un material de bajo fondo, pero, según la sensibilidad a la radiación de fondo de un experimento, está claro qué nivel se necesita, dice Alan Duffy, astrofísico de la Universidad Tecnológica de Swinburne. «Si está construyendo un contador Geiger, necesita que el contador Geiger no se capte por sí mismo», dice.
Tomar acero: Es un excelente escudo contra la intrusión de partículas vagabundas, tanto que Fermilab, un laboratorio de física de partículas y acelerador en Illinois, ha utilizado toneladas en las últimas décadas para proteger sus propios experimentos, dice Valerie Higgins, historiadora y archivista de Fermilab. Ese acero provenía con frecuencia de buques de guerra retirados del servicio, muchos de los cuales existían en la época de la Segunda Guerra Mundial o la Guerra de Corea, o sirvieron en ella, incluidos el Astoria, el Roanoke, el Wasp, el Mar de Filipinas y el Baltimore.
El momento de esos conflictos importa. A las 5:29 am el 16 de julio de 1945, la primera detonación de un dispositivo nuclear tuvo lugar en el desierto de la Jornada del Muerto, en Nuevo México. La era atómica había comenzado, y con cada bola de fuego nuclear subsiguiente, más lluvia radiactiva se esparció por el mundo.
Durante la Guerra Fría, esa contaminación atmosférica radiactiva se absorbía sin esfuerzo en los altos hornos cuando se fabricaba acero, dice Duffy. Esto infundió el producto final con radiación, por lo que no es adecuado para muchos experimentos de física.
Los tratados de prohibición de ensayos significan que el mundo es menos radiactivo artificialmente hoy en día, pero sigue siendo lo suficientemente radiactivo como para que las partículas se colen en el acero. El acero de bajo fondo se puede fabricar en un entorno sellado, a menudo a un costo considerable, pero de lo contrario, la mejor fuente son los buques de guerra retirados del servicio, construidos antes de que la prueba Trinity creara una cicatriz vítrea en la tierra de Nuevo México. No solo es mínimamente radiactivo, sino que es notablemente barato.
Sin embargo, mientras que el acero sirve bien para todo tipo de experimentos de física de partículas, el plomo reina en la búsqueda de materia oscura.
La materia oscura constituye el 83 por ciento de todas las cosas del universo. Eso claramente hace que valga la pena estudiarlo, pero los científicos no pueden detectarlo actualmente. En su búsqueda de esta sustancia incómodamente esquiva, han construido todo tipo de experimentos que intentan detectarla directamente o usar la presencia de otras partículas para demostrar su existencia. Muchos de estos experimentos, desde los SUPERDMS SNOLAB planificados en Ontario, Canadá, hasta la familia de detectores en funcionamiento dentro del Laboratorio Subterráneo Canfranc en los Pirineos, se construyen bajo tierra profunda, donde la radiación de superficie no puede atravesar e interferir con sus detectores.
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Siendo almas sensibles, esos detectores todavía necesitan protegerse de su entorno y del medio ambiente. Cada experimento de materia oscura tiene una tolerancia diferente a la radiación de fondo. Para determinarlo, «esencialmente se construye un detector virtual» para ver qué materiales de blindaje podrían ser los mejores, dice Duffy.
A veces, un tanque de agua o un poco de plástico es suficiente para evitar que partículas como neutrones golpeen accidentalmente el detector, explica Ghag. Pero el bloqueo de los rayos gamma para algunas configuraciones experimentales puede requerir cobre o plomo.
El plomo antiguo hundido es ideal, no solo porque su isótopo inestable de plomo-210 se habría deteriorado en gran medida a lo largo de los siglos en plomo-206 estable; el mar también lo ha protegido de los rayos cósmicos, que pueden desencadenar la radiactividad de un material. Calaprice, que ayudó a diseñar los componentes de varios experimentos de materia oscura, estaba detrás de ese líder español frente a las costas de Nueva Jersey por estas razones.
Esa carga en particular aún no se ha cosechado, pero comprar alrededor de tales hallazgos es rutina. De vez en cuando, explica Ghag, «algún laboratorio subterráneo dirá:’ Oye, hay una oportunidad de comprar un cargamento de plomo antiguo, ¿quién está dentro?»Luego se subastará, si se puede recuperar el material sumergido y hay suficiente interés de varias partes.
En las aguas de Europa y sus alrededores, el plomo de fondo bajo se encuentra a menudo en barcos hundidos de la antigua época romana. Originalmente forjado en monedas, materiales de construcción y armas de guerra, ahora se draga y se vende a, entre otros, físicos de partículas.
Algunos arqueólogos se han preguntado abiertamente si vale la pena sacrificar tesoros arqueológicos en nombre de la ciencia. A partir de 2010, por ejemplo, el Observatorio Subterráneo Criogénico de Eventos Raros en Italia obtuvo cientos de lingotes de plomo para usar en sus experimentos, todo con la esperanza de resolver el enigma de larga data de por qué la materia, no la antimateria, domina el universo. Esos lingotes provenían de un barco romano frente a la costa de Cerdeña, que se hundió hace unos 2.000 años y tiene un valor arqueológico considerable. Cada uno de ellos estaba inscrito con sellos que revelan su historia de fabricación. Aunque la mayoría de los 1.000 lingotes extraídos del barco se dejaron intactos y se pusieron a disposición para su estudio en el Museo Arqueológico Nacional de Cagliari, 270 de ellos se fundieron para ser utilizados en experimentos de física.
En 2013, Elena Pérez-Alvaro, entonces estudiante de posgrado de arqueología en la Universidad de Birmingham, abordó este dilema. Se aplicaba a todos los venerables naufragios submarinos ricos en material de bajo fondo, muchos de ellos cápsulas del tiempo de la historia humana. La Convención sobre la Protección del Patrimonio Cultural Subacuático de 2001 tiene por objeto impedir que los restos óseos de estos buques sean recogidos en condiciones de limpieza. Pero, como señaló Pérez-Álvaro, la convención tiene un punto ciego: Aunque exige la protección de los sitios hundidos del patrimonio cultural de la recuperación comercial, no dice nada sobre si pueden salvarse para uso científico.
En 2015, en un artículo que escribió junto con Fernando González-Zalba del Laboratorio Hitachi de Cambridge, Pérez-Alvaro concluyó que ninguna técnica comercial puede producir la calidad de plomo que los científicos necesitan para los experimentos con materia oscura. Por lo tanto, rescatar el plomo antiguo vale la pena, en opinión de los investigadores, pero las solicitudes deben analizarse cuidadosamente caso por caso para ver si los físicos realmente necesitan plomo en lugar de, por ejemplo, plástico o acero.
«Tenemos que tener reglas; tenemos que tener límites», enfatizó Pérez-Álvaro, ahora director general de Patrimonio Cultural Lícito. «No se trata solo de chatarra que la gente puede desenterrar.»Hasta ahora, sin embargo, ninguna de las instituciones que podrían imponer tales regulaciones ha asumido la tarea, dice González-Zalba.
Incluso si surge un marco de asesoramiento para la adquisición y el uso de plomo antiguo y otros materiales de bajo nivel de fondo, no necesariamente regulará su extracción.
En los últimos años, los buques de guerra de la Segunda Guerra Mundial han desaparecido frente a las costas de Malasia, Indonesia y Singapur, destruidos ilegalmente por buzos de salvamento. Muchos de estos barcos eran tumbas de guerra, con cientos de cadáveres. Es posible que algunos de esos buceadores hayan estado buscando acero de fondo bajo. Es posible que los compradores no quieran usar material de bajo nivel de origen no ético, pero para cuando lo reciban, es posible que no tengan forma de determinar su procedencia.
Aunque no es tan moralmente repugnante como las tumbas de guerra allanadas, los orígenes del plomo de naufragios antiguos culturalmente significativos pueden estar ofuscados de manera similar. «Supongo que a menudo, simplemente no nos importa lo suficiente para verificar eso», dice Ghag. «Es lo que es. Estamos más preocupados por el costo.»
González-Zalba explica que los romanos producían alrededor de 88,000 toneladas de plomo cada año, y muchos experimentos requieren solo una pequeña fracción de esto. Los científicos, dice, también son cada vez más conscientes y sensibles a los dilemas éticos que rodean la extracción de materiales de bajo nivel de fondo.
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Los físicos de partículas deben tener en mente el patrimonio cultural y los orígenes de sus materiales, dice Duffy. Pero enfatiza que el material de bajo fondo «ciertamente se trata» como un recurso precioso y no se usa sin consideración.
El peligro real, sospecha González-Zalba, proviene de la floreciente industria de la microelectrónica. Los microchips, que se encuentran en cada computadora y teléfono inteligente, tienden a necesitar componentes de plomo de bajo fondo. Aunque la industria podría usar plomo de nueva producción, dice, los fabricantes a menudo eligen plomo antiguo porque es un orden de magnitud más barato. «Esta es la aplicación que más me preocupa, porque es una aplicación comercial», dice González-Zalba. «No es una aplicación para el beneficio de la humanidad.»
Pero con una cuidadosa consideración, los físicos de partículas pueden lograr un equilibrio ético-práctico. Perseguir la misteriosa materia oscura puede parecer una empresa sísifa hasta el momento en que la encontremos. Pero si lo hacemos, tal descubrimiento revolucionará nuestro futuro, y es difícil imaginar a muchas personas que argumenten que sacrificar un segmento del pasado en su búsqueda no valió la pena.
