Un equipo de físicos e ingenieros del Laboratorio Nacional de Oak Ridge, perteneciente al Departamento de Energía de Estados Unidos, ha desarrollado un innovador detector de muones móvil que promete mejorar el monitoreo de combustible nuclear gastado y abordar desafíos críticos en la computación cuántica. Este avance se produce en un contexto donde la colaboración interdisciplinaria y la innovación juegan un papel fundamental en el progreso científico.
Los muones, partículas subatómicas fundamentales que viajan a casi la velocidad de la luz, permiten a los científicos investigar la materia a nivel atómico sin dañar las muestras. Sin embargo, a diferencia de los neutrones, que tienen una vida media de aproximadamente 10 minutos, los muones se descomponen en cuestión de microsegundos, lo que presenta un reto considerable para su uso en investigaciones científicas.
El nuevo detector no solo representa un avance significativo en la seguridad y responsabilidad en el manejo de materiales nucleares, sino que también es un paso clave en el desarrollo de reactores nucleares avanzados que podrían contribuir a resolver los problemas de gestión de desechos. Además, facilita la creación de algoritmos y métodos para gestionar los errores provocados por la radiación cósmica en los qubits, las unidades básicas de información en la computación cuántica.
Innovación y colaboración
JungHyun Bae, un destacado investigador del laboratorio, expresó su satisfacción por haber materializado esta visión. «La comunidad en ORNL es fantástica, y el apoyo recibido ha sido invaluable. Este proyecto ejemplifica el poder y la innovación de la colaboración interdisciplinaria en nuestro laboratorio», afirmó.
El detector, que se basa en la tecnología de los detectores de neutrones del Spallation Neutron Source, utiliza fibras que cambian la longitud de onda para permitir una mejor comprensión de materiales densos y a gran escala, como el combustible nuclear gastado y otros materiales nucleares especiales. Este desarrollo es el resultado de más de dos años de colaboración entre las direcciones de Ciencias de Neutrones y Energía de Fusión y Fisión del laboratorio.
Polad Shikhaliev, científico principal del detector y líder del proyecto, enfatizó la importancia del trabajo colaborativo en la investigación científica. «En ORNL, contamos con una gran cantidad de experiencia, y la disposición para trabajar juntos es lo que hizo que este proyecto fuera un éxito», comentó.
Una de las características únicas del nuevo detector es su capacidad para medir simultáneamente la energía de los muones y los ángulos de dispersión. Esto mejora considerablemente la calidad de las imágenes en comparación con los sistemas de tomografía de muones existentes, que normalmente dependen de mediciones únicas. Este enfoque ofrece una visión más detallada de las muestras, como un canister que contenga materiales dañados o peligrosos.
Asimismo, las funcionalidades del detector ayudarán a los científicos a entender cómo la radiación cósmica interfiere con los qubits, que son inherentemente frágiles y pierden rápidamente su estado cuántico. Abordar esta limitación es crucial para escalar y hacer realidad la computación cuántica práctica fuera de los entornos de laboratorio.
El proyecto se originó a partir de un concepto desarrollado por Bae durante su investigación doctoral, que se centraba en simulaciones computacionales complejas para validar aplicaciones de tomografía de muones. Tras un desafío significativo para llevar este concepto a la realidad física, un descubrimiento en el Museo Americano de Ciencia y Energía en Oak Ridge le permitió encontrar el diseño necesario en un detector de neutrones en exhibición.
Yacouba Diawara, quien lideró el grupo de detectores en la dirección de Ciencias de Neutrones, reconoció de inmediato cómo construir el sistema de tomografía de muones al aprovechar la experiencia de su grupo. «Esta colaboración es un testimonio de lo que se puede lograr cuando científicos e ingenieros en ORNL se unen con una visión compartida», afirmó Diawara.
La capacidad del nuevo detector para proporcionar información valiosa sobre materiales nucleares y su potencial para mejorar la tecnología de computación cuántica subrayan la importancia de la innovación en el ámbito científico y tecnológico, un área que debe ser prioritaria en el contexto actual de la investigación global.
