Imágenes: Los derechos de autor y todos los demás derechos pertenecen a la Colaboración QUBIC.

Es el instrumento principal de un proyecto de colaboración de cosmología experimental llamado QUBIC, que pretende -con muy buena base científica y tecnológica- investigar sobre los primerísimos instantes del Universo. Dicho telescopio fue construido en Francia y será instalado en la zona de Alto Chorrillos, Provincia de Salta, a 4.900 metros sobre el nivel del mar. En ese mismo sitio, estará el radiotelescopio argentino-brasileño LLAMA (Large Latin American Millimiter Array). La pandemia había atrasado el traslado de ese instrumento pero hace una semana, llegó al puerto de Buenos Aires y hace pocas horas, arribó en camión a Salta.

La Facultad de Cs. Astronómicas y Geofísicas (FCAG) de la UNLP tiene investigadores y doctorandos involucrados en QUBIC (Q-U Bolometric Interferometer for Cosmology). En la colaboración internacional interactúan universidades, organismos científicos y centros de investigación de Francia, Italia, Reino Unido, Estados Unidos y nuestro país. Las instituciones argentinas participantes son la Comisión Nacional de Energía Atómica (CNEA); el Ministerio de Ciencia, Tecnología e Innovación; el CONICET y la provincia de Salta.

El telescopio de microondas en el laboratorio donde se construyó.

La Dra. en Astronomía Claudia Scóccola, Profesora de FCAG e investigadora independiente de CONICET, es la referente en Argentina del área de Análisis de Datos y Simulaciones en la colaboración QUBIC. También integra el editorial board y el grupo de trabajo de extensión y divulgación de la colaboración, y conduce un grupo en FCAG, donde QUBIC tiene protagonismo. Dialogamos con ella.

"El grupo en FCAG está formado por Martín Gamboa, estudiante del doctorado quien realiza su tesis de doctorado sobre QUBIC. En pocos meses se va a doctorar, y recientemente se sumó Belén Costanza, una estudiante de grado que hará su doctorado en QUBIC y otro posdoctorando, Nahuel Mirón Granese, quien completa el grupo".

Por la pandemia se retrasó no sólo la entrega del instrumento sino también, en su momento, la calibración del instrumento en el laboratorio APC de París pero llegamos literalmente "a buen puerto".

El barco que arribó al puerto de Buenos Aires con el instrumento de la colaboración QUBIC.

El tema científico que impulsa este proyecto es medir el modo B en la polarización del fondo cósmico de microondas (CMB por sus siglas en inglés). Es la radiación remanente de aquellos primeros instantes del Universo, y fue detectada en 1964.

Claudia Scóccola no disimula su emoción por el desarrollo de este proyecto. "Mi tema de tesis de licenciatura fue sobre los modos B de polarización cuando aún no se había medido la polarización en sí misma. Luego transité otros campos de la cosmología y volví a acercarme a la investigación sobre el fondo cósmico de radiación. En el 2016, cuando deciden instalar QUBIC en la Argentina, me propusieron hacerme cargo de la coordinación del grupo argentino de trabajo en simulaciones y análisis de datos. Le tengo cariño a este proyecto pero además, vale decir que ayudará a comprender uno de los temas más importantes de la cosmología actual".

La Dra. Scóccola explica, "a través de estos modos de polarización particulares se puede tener información de los primeros instantes del universo, que es el período de la inflación cuando el universo tenía una fracción pequeñísima de segundo (10-³² de segundo) y es la única manera de acceder a esa etapa del universo, una de las cuestiones más importantes de la cosmología actual".

"La medición del fondo cósmico de radiación data de 1964 y enseguida se lo relacionó con la radiación reliquia del universo primordial, esos fotones que se formaron en el Big Bang. En 1992, COBE, el primer satélite dedicado al fondo cósmico de radiación, logró medir su distribución espectral de energía, que es de cuerpo negro, y las anisotropías en la temperatura del fondo cósmico de radiación (que son reliquias de las semillas que dieron lugar a la formación de galaxias y otras estructuras). Esos fotones vienen de cuando el universo estaba muy caliente, en sus orígenes.

Luego vino el satélite WMAP que mide las anisotropías a escalas más pequeñas y aporta datos muchos más precisos. En el 2002 se empieza a medir por primera vez la polarización del fondo cósmico en un modo que se llama modo E. ¡En ese momento iniciaba mi tesis de licenciatura!

Son muchos los experimentos que están tratando de medir el otro modo de polarización producido por las llamadas ondas gravitacionales primordiales que se generaron en la época de inflación del universo.
Esas ondas inducen ese modo B de polarización y todavía no se lo pudo medir pero si la inflación es cierta, sabemos que tienen que estar y hay varios experimentos tratando de medirlas".

Dicho modo B de polarización estaría relacionado con ondas gravitacionales primordiales, predichas por la Teoría inflacionaria, una modificación de la Teoría del Big Bang, que predice una expansión exponencial en los primeros instantes de vida del Universo.

"QUBIC -agrega la Dra. Scóccola- no es el único proyecto que quiere medir los modos B primordiales en el fondo cósmico de radiación, incluso hay conjuntos de telescopios que lo van a tratar de medir en forma conjunta. "Lo diferente de QUBIC es la arquitectura del instrumento, la forma en que combina la característica de los interferómetros con las características de los bolómetros, en ese sentido QUBIC tiene esa infraestructura única. Entonces creemos que va a permitir separar mejor otras señales, como emisiones de la galaxia -que llamamos contaminantes- de la señal que estamos buscando.
Algunos experimentos los van a poner en Chile en el mismo altiplano donde va a estar QUBIC, son las mismas calidades de cielo y condiciones climáticas. ¡QUBIC está en un excelente lugar!

En 2016 la colaboración tomó la decisión de cambiar el sitio que originalmente iba a ser en la Antártida, para instalar el telescopio de QUBIC en Salta, muy próximo al proyecto LLAMA y para el cual se hicieron caminos y facilidades que resultan valiosas para este nuevo proyecto".

El instrumento y el sitio (Información obtenida de la Página Oficial de QUBIC)

Este instrumento no trabaja con luz visible, sino con radiación no detectable por el ojo humano, en la región de bajas energías del espectro electromagnético.

El Proyecto QUBIC ha desarrollado un instrumento completamente novedoso. El mismo está encerrado en una carcasa cilíndrica o criostato de 1,8m de alto y 1,6m de diámetro, que lo protege y mantiene a -269°C. Está abierto al cielo por una ventana de 45cm de diámetro de polietileno rígido de alta densidad, transparente a la radiación de microondas que el experimento procura medir; examina meticulosa y detalladamente el espacio en dos frecuencias: 150 y 220GHz, y registra dicha radiación con una novedosa técnica, híbrida entre dos técnicas utilizadas en estudios de CMB (llamadas respectivamente interferometría y bolometría) mediante un conjunto de 1024 fotodetectores, cuyas señales permiten analizar las características de la radiación en estudio. Para detectar la señal, el criostato estará refrigerado globalmente a 4 K (correspondiente a -269,15 °C, solo 4°C, por sobre el cero absoluto), pero los sensores bolométricos deben trabajar a temperaturas 10 veces menores (~300 mK). Esto implica el diseño de un complejo sistema de refrigeración, especialmente diseñado para QUBIC.

El instrumento fue diseñado por los integrantes de la colaboración internacional QUBIC y está en construcción en diferentes laboratorios e institutos argentinos y europeos. En Francia se trabaja sobre los detectores, el diseño de la mecánica de estos, la electrónica de lectura y la programación; en Italia, sobre el crióstato, los espejos, las bocinas de las antenas y los conectores; en Irlanda, sobre simulaciones ópticas; en Inglaterra, sobre el diseño del detector de bocinas, la criogenia interna, los filtros y el polarizador, y en la Argentina, sobre la adecuación del sitio, su infraestructura y el diseño mecánico de la montura.

Argentina cuenta con experiencia en construir y operar instalaciones para grandes proyectos de física experimental, por ejemplo, por su participación en el observatorio de rayos cósmicos Pierre Auger, ubicado en Malargüe, Mendoza.
En relación al sitio, el Conicet obtuvo en comodato por veinte años del gobierno provincial un área de 400ha. Para QUBIC se necesita poco más de 1ha.

El equipo argentino QUBIC se encargó de diversas tareas, entre ellas, el desarrollo de la infraestructura del sitio de observación con provisión de energía, el diseño y construcción del edificio de albergue del instrumento, el diseño y fabricación de una montura de observación especial de tres ejes.

La elección del sitio para realizar mediciones astrofísicas de envergadura depende de un conjunto de factores, entre ellos los relacionados con la claridad del cielo, la temperatura, la velocidad del viento y la humedad relativa del aire (que es el parámetro crítico si se procura registrar microondas, pues la humedad afecta la sensibilidad del instrumento). La geología, la accesibilidad, las comunicaciones (en particular el acceso a internet), el apoyo local y la posibilidad de incorporar personal local de diferentes niveles, también forman parte de esos factores.

Colaboradores internacionales
Francia
APC PARIS
CSNSM ORSAY
C2N SACLAY
IAS ORSAY
IEF ORSAY
IRAP TOULOUSE
LAL ORSAY

Italia
UNIVERSITA DI MILANO-BICOCCA
UNIVERSITA DEGLI STUDI DI MILANO
UNIVERSITA LA SAPIENZA, ROMA

Irlanda
MAYNOOTH UNIVERSITY

Reino Unido
CARDIFF UNIVERSITY
UNIVERSITY OF MANCHESTER
Estados Unidos
BROWN UNIVERSITY
RICHMOND UNIVERSITY
UNIVERSITY OF WISCONSIN

Argentina
COMISIÓN NACIONAL DE ENERGÍA ATÓMICA
CNEA-CENTRO ATÓMICO CONSTITUYENTES
UNLP-FACULTAD DE INGENIERÍA-GEMA
UNLP-FACULTAD DE CS. ASTRONÓMICAS Y GEOFÍSICAS
CNEA-CENTRO ATÓMICO BARILOCHE
UNCUYO-INSTITUTO BALSEIRO
INSTITUTO DE TECNOLOGÍAS EN DETECCIÓN Y ASTROPARTÍCULAS (CNEA, CONICET, UNSAM)
UNLP-INSTITUTO ARGENTINO DE RADIOASTRONOMÍA

Equipo y referentes del proyecto a nivel local
Comité directivo

-Alberto Etchegoyen (ITeDA), Doctor (DPhil) en física, Oxford.Director de ITeDA (CNEA,CONICET, UNSAM).Investigador superior en CNEA-CONICET.
-Beatriz García (ITeDA) Doctora en astronomía (UNLP). Vicedirectora 1a de ITeDA. Investigadora de CONICET.
-Diego Harari (CAB). Doctor en física, UBA.Investigador principal del CONICET en el Centro Atómico Bariloche.
-Gustavo Romero (IAR). Doctor en física, UNLP. Director del Instituto Argentino de Radioastronomía (IAR). Investigador superior del CONICET. Profesor titular, UNLP.

Coordinadores de trabajo

Project Manager: Christian Kristukat, UNSAM/ITeDA.

Deputy Project Manager: Clara Duca, ITeDA.

Responsable de Integración del instrumento: Emilano Rasztocky, IAR

La administración del proyecto es llevada a cabo por la Fundación Ahuekna Investigación y Desarrollo Tecnológico. Management: Ruben Denza, Alberto Etchegoyen.
La contabilidad, el comercio internacional y el transporte son realizados por: Martín Calderón, Romina Campana, Sabrina Coller, Diego Ferrazza, Anibal Gattone, Eliana Tesoro, Javier Yturre.

WP1: Desarrollo de Sitio
Referente: Beatriz García, ITEDA, Mendoza.

Grupo de trabajo: Antonio Grasso, Santiago Grasso, Luciano Herrero, Facundo Lazarte, Alexis Mancilla, Javier Maya, Guillermo Sandlak, Martín Varayud, Jonatan Calpanchay.

WP2: Laboratorio de Integración
Referente: Cristian Rodríguez, ITEDA, Salta

Grupo de trabajo: Diego Fracchia, Raúl H. Luterstein, Inés Torino, Manuel Vacazur.

WP3: Montura
Referente: Pablo Ringegni, GEMA, Universidad de La Plata.

Grupo de trabajo: José Alberro, Néstor di Castillo, Lucía Perticaro, Hernán Medina, Luis Mariano Mundo, Adrían Riello, Diego Silva, and Carlos Varela.
Colaboradores: Gustavo di Pasquale, Ismael Nuñez Pettinari, Luis Stella.

WP4: Microfabricación
Referente: Juan Bonaparte, DMNT, CNEA Buenos Aires.

Grupo de trabajo: Clara Duca, Alejandro Fasciszewski, Diego Pérez, Diego Silva, Carlos Varela.
Colaboradores: Mariano Gómez Berisso, Hernán Pastoriza, Christian Enss (Univ. Heidelberg-Germany), Sebastian Kempf (KIT-Germany), Marc Weber (KIT-Germany).

WP5: QUBIC Actualización de la Electrónica
Referente: Alejandro Almela, ITEDA Buenos Aires.

Grupo de trabajo: Juan Bonaparte, Manuel García Redondo, Juan Geria, Mariano Gómez Berisso, Silvina Gutierrez, Luciano Ferreyro, Matias Hampel, Manuel Platino, and Juan Salum.
Colaboradores: Oliver Sander (KIT-Germany), Marc Weber (KIT-Germany).

WP6: Análisis de Datos y Simulaciones
Referente: Claudia Scóccola, FCAG-UNLP

Grupo de trabajo: Martín Gamboa-Lerena, Beatriz García, Daniel Supanitksy y Agustín Cobos Cerrutti, Nahuel Mirón-Granese, Belén Costanza

WP7: Educación y Difusión

Referente: Beatriz García, ITeDA, Mendoza

Grupo de trabajo: Raúl Lutestein, Claudia Scóccola, Clara Duca, Silvina Pérez Álvarez, Facundo Lazarte, Alexis Mancilla, Javier Maya, y Jonatan Calpanchay.

Más información en: https://www.qubic.org.ar/

Imágenes en: https://www.flickr.com/photos/192797828@N03/albums