Muones: las partículas poco conocidas que permiten sondear lo impenetrable

Muones: las partículas poco conocidas que permiten sondear lo impenetrable

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Muones: las partículas poco conocidas que permiten sondear lo impenetrable

Estas omnipresentes partículas están ayudando a cartografiar las entrañas de las pirámides, estudiar volcanes y detectar residuos nucleares.

Pirámides de Guiza, en Egipto. El año pasado, una «radiografía de muones» permitió inferir la existencia de una cámara oculta en la Gran Pirámide. [WitR/iStock]

Los muones están ganando popularidad. Esta partícula, una versión pesada del electrón que baña cada centímetro cuadrado de la Tierra, es poco conocida fuera de la física de partículas. Sin embargo, el año pasado ayudó a los arqueólogos a realizar el asombroso descubrimiento de una cámara oculta en la Gran Pirámide de Guiza.

Ahora, vulcanólogos e ingenieros nucleares están encontrando nuevas aplicaciones de la misma técnica. Conocida como «muografía», esta se basa en aprovechar los muones para sondear las entrañas de estructuras densas. Y ya están apareciendo las primeras compañías comerciales que buscan explotar el método.

«El hallazgo de las pirámides del año pasado puso la muografía en el mapa», asegura David Mahon, físico de la Universidad de Glasgow que el 14 y 15 de mayo organizó un encuentro internacional en Newport Pagnell, Reino Unido, patrocinado por la Real Sociedad británica y titulado «Muografía de rayos cósmicos».

Partículas ubicuas

Los muones tienen la misma carga eléctrica que los electrones, aunque su masa es unas 200 veces mayor. Se crean cuando los rayos cósmicos (partículas de alta energía procedentes del espacio exterior) impactan contra las moléculas de la atmósfera terrestre. Viajan a una velocidad muy cercana a la de la luz y bañan nuestro planeta desde todos los ángulos, hasta el punto de que sobre una superficie del tamaño de una mano incide aproximadamente un muon por segundo. Son también muy penetrantes: pueden atravesar cientos de metros de material sólido antes de ser absorbidos.

Esa omnipresencia y poder de penetración hacen que los muones sean perfectos para generar imágenes del interior de objetos grandes y densos sin dañarlos, explica Cristina Cârloganu, investigadora del Laboratorio de Física de Clermont-Ferrand. Cuanto más denso es un material, más energía absorbe de los muones que lo atraviesan. Así pues, los físicos pueden colocar detectores de muones alrededor de un objeto, medir con qué frecuencia llegan muones de diferentes energías y comparar el resultado con lo que cabría esperar si no hubiese ningún obstáculo. Al hacerlo, es posible obtener un perfil tridimensional de la densidad interior del objeto sin haberlo tocado y sin haberse introducido en él.

Los físicos han estado haciendo experimentos con esta técnica desde los años cincuenta del siglo pasado, incluida una búsqueda infructuosa de cámaras ocultas en la segunda mayor pirámide de Guiza. Sin embargo, aquellos detectores eran del tamaño de una habitación, caros y poco prácticos, indica Raffaello D’Alessandro, físico de partículas de la Universidad de Florencia y también organizador el reciente encuentro sobre muografía. Podían pesar más de diez toneladas y se basaban en la capacidad de los muones para ionizar partículas en gases que, en ocasiones, eran explosivos.

Nuevas técnicas

Desde entonces, instituciones como el CERN, el laboratorio europeo de física de partículas, han desarrollado nuevas técnicas para reconstruir la trayectoria de partículas con carga eléctrica. Ello ha derivado en detectores más seguros, pequeños y sensibles. Hoy estas máquinas llegan a medir pocos metros y pueden funcionar con paneles solares, lo que permite trasladarlas a lugares remotos.

Uno de los nuevos objetivos de la muografía son los volcanes, debido al trabajo pionero de investigadores en Japón. Cârloganu explica que cartografiar la distribución de los canales de lava, los cuales absorben menos energía de los muones que la densa roca circundante, podría ayudar algún día a predecir erupciones.

Este año, los expertos intentarán obtener una imagen del tapón de lava solidificada del Vesubio. Al combinar esta técnica con métodos geofísicos más tradicionales, esperan que las imágenes ayuden a inferir qué partes explotarían primero durante una erupción, señala D’Alessandro, quien forma parte del proyecto Radiografía Muónica del Vesuvio, también conocido como Muraves.

Los nuevos dispositivos se están usando también en arqueología, apunta Giulio Saracino, físico de la Universidad Federico II, en Nápoles. Él y su equipo han cartografiado las cavidades y túneles del monte Echia, un asentamiento napolitano ocupado desde el siglo VIII antes de nuestra era. También planean buscar un supuesto acueducto escondido bajo la antigua ciudad de Cumas. D’Alessandro pertenece asimismo a un grupo que está usando muones para indagar el interior de las paredes de la catedral de Florencia, las cuales datan del siglo XV y han comenzado a desarrollar grietas.

Muografía comercial

Varias aplicaciones comerciales, cinco de las cuales se presentaron en la conferencia Newport Pagnell, permiten sondear objetivos de menor tamaño, como contenedores de residuos nucleares. Estos usos suelen basarse en una técnica ligeramente distinta, basada en medir la manera en que los muones cambian de dirección cuando inciden contra un núcleo atómico.

Al colocar detectores a ambos lados de una muestra, resulta posible reconstruir la trayectoria de una partícula. Y, debido a que el ángulo de desviación depende de la densidad de la sustancia contra la que chocó el muon, el estudio de esas trayectorias permite generar un mapa de la densidad del material. Ello posibilita detectar fragmentos de uranio perdidos en contenedores de desechos nucleares, incluso si estos han sido sellados con hormigón o con acero.

«Si deseamos saber qué hay en el interior, prácticamente la única posibilidad es emplear muones», explica Mahon, quien dirige una compañía con sede en Glsagow llamada Lynkeos Technology. El próximo mes la empresa comenzará a generar imágenes de muestras de residuos en el Laboratorio Nacional Nuclear del Reino Unido, en Sellafield, en lo que será su primer contrato comercial,

En EE.UU., los experimentos llevados a cabo en el Laboratorio Nacional de Los Álamos, en Nuevo México, han revelado que una técnica similar permite detectar si se han retirado barras de combustible de los barriles de desechos nucleares. Según explicó en la conferencia Christopher Morris, físico de Los Álamos, robar cuatro de estas barras ya proporcionaría plutonio suficiente para construir un arma nuclear primitiva.

Por su parte, la firma israelí Lingacom, con sede en Tel Aviv, está investigando la aplicación de las nuevas técnicas a cuestiones de seguridad; por ejemplo, para inspeccionar contenedores con posible material nuclear de contrabando en los cruces fronterizos. Por último, otras empresas planean usar la muografía para vigilar el desgaste de oleoductos o buscar minerales en minas antiguas.

En numerosos campos académicos, sin embargo, la muografía es aún recibida con un encogimiento de hombros y miradas de incredulidad. Y es que, a pesar de hallazgos como el de la cámara oculta en la Gran Pirámide, el método sigue siendo incipiente. «Se trata de una técnica nueva y muy especializada que proviene del mundo de la física de altas energías», apunta Saracino. «Cada vez que le digo a un geólogo que tenemos tecnología de muones, responde: «¿Qué son los muones?». Se muestran fascinados, pero también algo recelosos.»

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