Frenazo al detector espacial de antimateria
Tras 15 años de preparación, el gran experimento AMS, que iba a ser lanzado en un transbordador dentro de tres meses, necesita cambios estructurales
A sólo tres meses de la fecha de lanzamiento prevista, los responsables del gran detector de antimateria AMS han decidido que necesita cambios estructurales para cumplir su misión en la Estación Espacial Internacional (ISS). El lanzamiento en un transbordador se ha retrasado hasta al menos fin de año, un nuevo contratiempo en un proyecto de 1.500 millones de euros que lleva 15 años en preparación y en el que España participa con ocho millones de euros. El detector espera encontrar nuevas partículas de antimateria u otras que puedan ser constituyentes de la misteriosa materia oscura del universo.
Cuando estaba pasando en Holanda los últimos ensayos previos a ser embarcado en el Endeavour para ir a la ISS, el AMS ha sido desmontado para cambiar el imán principal. La razón oficial es que el consumo de helio para ultrarrefrigerar ese imán superconductor es superior al previsto y funcionaría en órbita menos tiempo de lo calculado. La NASA, por su parte, habla de "fuga" de helio al plantearse el retraso en el lanzamiento en un momento especialmente crítico de su programa tripulado.
El plan del equipo AMS ahora es cambiar ese imán que funciona enfriado hasta 264 grados bajo cero e instalar en su lugar el de tipo convencional que ya voló al espacio en 1998 en el prototipo del detector. También se remodeladarán otros subsistemas. Se espera que el lanzamiento al espacio, planeado para el próximo 29 de julio, se fije para alguna fecha entre el 15 de noviembre y el 15 de diciembre, en lo que puede ser la última misión de un transbordador de la NASA.
El proyecto AMS, que dirige el premio Nobel de Física Samuel Ting, es un detector de partículas de casi siete toneladas, en cuyo desarrollo y construcción participan unos 500 expertos de 14 países, incluida España.
"Las modificaciones se pueden hacer en dos o tres meses", afirma Manuel Aguilar, director del Departamento de Investigación Básica del Ciemat y uno de los responsables de AMS, y añade: "El potencial científico de la misión, en particular la búsqueda de antimateria cósmica primaria y señales de materia oscura, no se ve afectado". Una aportación esencial española en el AMS ha sido precisamente la electrónica del imán superconductor que ahora no volará a la ISS por consumir más helio del previsto.
El gran detector, un equipo único en el programa de la estación espacial, está ahora en Holanda, en ESTEC, el laboratorio científico y tecnológico de la Agencia Europea del Espacio (ESA), donde estaba siendo sometido a las pruebas en alto vacío que simulan las condiciones espaciales. Dentro de unos días, en lugar de ir directamente desde Holanda a Florida para la preparación del lanzamiento (tenía que llegar en mayo al Centro Espacial Kennedy), regresará al Laboratorio Europeo de Física de Partícula (CERN), junto a Ginebra, en cuyas instalaciones se ha construido.
El AMS tiene una historia accidentada aún antes de llegar al espacio. Ideado en los años noventa, se construyó un prototipo para realizar experimentos durante un par de semanas en 1998 a bordo del tansbordador Discovery y, aunque no encontró antimateria, demostró la viabilidad del experimento en el espacio. El equipo de físicos e ingenieros se volcó entonces en el desarrollo y construcción del detector completo, el actual AMS 2, para ser instalado como módulo externo de la estación espacial. Pero llegaron las turbulencias al programa tripulado de la NASA tras el accidente del transbordador Columbia y el detector de partículas sufrió de lleno sus efectos. Una vez que se decidió retirar los transbordadores en 2010 y dedicar sus últimas misiones exclusivamente a finalizar la construcción de la base orbital, la NASA canceló de su calendario el vuelo del AMS. Sin embargo, las presiones lideradas por Ting lograron que el Congreso estadounidense aprobara la vuelta al calendario de la misión con un presupuesto adicional.
"La opción del imán superconductor en el AMS 02 estaba motivada por la asignación, en 1995, de un tiempo máximo en la ISS no superior a cinco años", argumenta Aguilar. "Pero la NASA ha revisado sus planes y ahora el AMS 02 permanecerá en la estación hasta 2020 o incluso 2028 y la opción del imán permanente es operativa hasta el final. Esto supone un período de toma de datos mucho mayor". El imán, de uno u otro tipo, es un elemento esencial del AMS, el único dispositivo para identificar la antimateria.
El imán superconductor avanzado depende del enfriamiento por vaporización de helio, por lo que el AMS lleva un depósito de 2.500 litros (360 kilos) de helio ultrafrío del que se irían consumiendo 16 miligramos por segundo para mantener el imán a 264 grados bajo cero. En estas condiciones se había calculado que habría helio para tres años, lo que determinaba el plazo de funcionamiento del AMS. Pero resulta que el sistema consume más de 20 miligramos por segundo, "debido a una fuente de calor no identificada", explica Aguilar, lo que acortaría la duración del detector a unos 20 meses. Hay que tener en cuenta, además, la incertidumbre de esta estimación dada la dificultad de calcular con precisión el funcionamiento y consumo de helio del sistema en condiciones de vuelo espacial.
Por si fueran pocos percances en el último momento, los responsables de AMS afirman que cuando han visto la configuración de la estación espacial, se han encontrado con que cerca de la posición asignada al detector de partículas hay ahora unos módulos que se instalaron cuando se canceló el AMS y que pueden degradar el funcionamiento de su imán superconductor. Esto ha reforzado el plan de cambiar ahora al imán convencional del prototipo de 1998.
Antimateria y rayos cósmicos
El AMS está diseñado para estudiar las fuentes de los rayos cósmicos, que pueden ser estrellas o supernovas u otros fenómenos hipotéticos como galaxias hechas de antimateria. Cada fuente astrofísica emite un tipo particular de rayos cósmicos que se dispersan por el espacio, explican los científicos de AMS. Existen diferentes detectores de rayos cósmicos, incluso de los de alta energía que se captan en la superficie terrestre por las cascadas de partículas que provocan en la atmósfera al chocar contra sus capas altas. Pero lo que los físicos de AMS quieren hacer es analizar y medir las firmas de los rayos cósmicos que pueden indicar la presencia de nuevos tipos de partículas o incluso indicios de la misteriosa materia oscura del universo. El detector buscará partículas de antimateria que no se producen casi en las colisiones de rayos cósmicos, como antipartículas de helio, que tendrían que venir de algo realmente exótico, como una antiestrella o una antigalaxia.
Las partículas, los rayos cósmicos, al pasar por el AMS interactúan con diferentes componentes del detectores y cada uno aporta información, de manera que se obtienen los datos necesarios de identificación. El imán central, por ejemplo, permite separar, por su carga, la materia de la antimateria.
