Sobre este
asunto tan técnico se ha publicado un magnífico artículo
en Financial Times que hace accesible esta técnica.
El autor de
este artículo es Geoff Manaugh, un escritor de arquitectura y tecnología
con sede en EE. UU. La investigación para este artículo fue
financiada por una subvención de la Fundación Graham para
Estudios Avanzados en Bellas Artes. Las ilustraciones del detector de muones
MIMA fueron creadas por Lorenzo Bonechi y Diletta Borselli. La investigación
fue financiada por INFN-Florence y la Universidad de Florencia
El título
del artículo es muy relevante: “Una pequeña partícula
puede viajar a través del hormigón. Podría salvar
muchas vidas”
Uno de los
mayores expertos mundiales, Niederleithinger, advierte contra cualquier
noción de simplicidad. “El hormigón”, dice, “es muy complicado”.
Durante los
últimos 21 años, Niederleithinger ha trabajado en el Bundesanstalt
für Materialforschung und -prüfung de Alemania, el Instituto
Federal para la Investigación y Ensayo de Materiales, o BAM, como
se le conoce. BAM se fundó en Berlín en 1871, con la tarea
de evaluar la "resistencia del hierro y el acero". Desde entonces, su mandato
se ha ampliado considerablemente. Hoy, con 1600 empleados, el instituto
ayuda a establecer rigurosos estándares nacionales de seguridad
al probar diferentes materiales (hormigón, pero también compuestos,
nanomateriales, microplásticos, baterías de iones de litio,
incluso contenedores de desechos nucleares) antes de que sean adoptados
por la industria alemana. “ Sicherheit macht Märkte ” es el lema de
BAM: la seguridad crea mercados.
El hormigón
es uno de los materiales más utilizados en la Tierra. Cada año
se producen más de 10.000 millones de toneladas; El 70 por ciento
de la humanidad vive en una estructura hecha de hormigón armado;
y, para 2030, los ingresos de la industria mundial del hormigón
alcanzarán casi un billón de dólares, según
una estimación de Allied Market Research.
El hormigón
se ha convertido en una fijación tanto técnica como moral
para Niederleithinger. Con el tiempo, el hormigón puede agrietarse
y descomponerse. Los cables y el metal incrustado en el material pueden
corroerse o romperse y provocar fallas. El hormigón en mal estado
pone en riesgo edificios y sistemas de transporte completos, sin mencionar
innumerables vidas. Sin embargo, perforar agujeros de prueba en cada tramo
de puente, pared de cimiento, techo de auditorio y presa para determinar
la salud de esas estructuras no solo es económicamente imposible;
podría dañar las mismas cosas que los ingenieros quieren
estudiar.
Cuando un rascacielos
residencial se derrumbó en Surfside, Florida , en junio de 2021,
matando a casi 100 personas, los expertos en estructuras estudiaron detenidamente
las ruinas. Un examen minucioso sugirió que algunos de los pilares
de hormigón del edificio, que se rompieron en el derrumbe, parecían
contener barras de refuerzo insuficientes, el acero utilizado en el interior
como soporte esquelético. Si los equipos de construcción
habían escatimado en este refuerzo vital, eso podría ayudar
a explicar por qué se derrumbó la estructura: había
estado sobrecargada durante décadas.
Los muones
son partículas altamente energéticas de vida corta generadas
en la atmósfera superior de la Tierra por colisiones con rayos cósmicos.
Aunque existen por meros microsegundos, los muones viajan casi a la velocidad
de la luz y pueden penetrar profundamente en la superficie de la Tierra.
Atraviesan catedrales y presas, autopistas y hospitales, acero, piedra
y hormigón.
La prueba de
su existencia se demostró por primera vez en la década de
1930 mediante una serie de experimentos que mostraron que esta partícula
previamente desconocida, aproximadamente 200 veces más pesada que
un electrón, era uno de los ingredientes fundamentales del universo,
primo de los quarks y neutrinos más conocidos. Hoy sabemos que aproximadamente
600 muones pasan por nuestro cuerpo cada minuto de cada día y noche.
Aunque los
muones penetran la materia con facilidad, su capacidad para atravesar un
objeto o estructura disminuye con la densidad del material. Los muones
en el camino a través de un edificio grande o una montaña
serán filtrados sutil pero mediblemente por mampostería gruesa
o mineral pesado, con el efecto de que más muones viajarán
a través de zonas vacías, la primera pista de que una habitación,
cueva o cámara de magma debe existir en algún lugar. en el
interior.
Del mismo modo,
los muones que atraviesan un material como el hormigón serán
bloqueados o dispersados lo suficiente por la barra de refuerzo de acero,
que puede ser siete veces más densa que el hormigón, para
indicar que algo, un objeto o una anomalía, debe acechar en su interior.
Usando complicados
programas matemáticos y de modelado, los físicos pueden calcular
y, por lo tanto, visualizar por qué han pasado esos muones. En otras
palabras, los muones se pueden usar para hacer imágenes.
Las imágenes
resultantes se parecen un poco a las fotocopias de alto contraste, sus
tonos grises fantasmales se asemejan a los primeros daguerrotipos, el precursor
de la fotografía moderna. Pero cuando se usa a escala de edificios,
la muografía tiene una resolución de escala centimétrica,
lo que significa que las piezas de las barras de refuerzo, así como
los signos de corrosión o daño, son fácilmente visibles.
Con los avances continuos en el software y los algoritmos de procesamiento
de imágenes, esa resolución probablemente se reducirá
a milímetros dentro de unos años.
Los detectores
de muones también se han propuesto como un método potencial
para detectar túneles ilegales debajo de la frontera entre Estados
Unidos y México. Al excavar una secuencia de pozos profundos a lo
largo de la frontera y colocar un detector de muones en cada uno, las fuerzas
del orden podrían capturar la excavación gradual de un espacio
vacío desde el suelo. Con BAM, Niederleithinger ha comenzado a trabajar
con las autoridades de autopistas de Alemania para obtener imágenes
de puentes, en busca de daños o corrosión, en el proceso
que demuestra que la muografía funcionará fuera del entorno
controlado de un laboratorio.
Donde Mahon
y Niederleithinger también están de acuerdo es que la muografía
puede mostrar a los arquitectos e ingenieros mejores formas de diseñar
estructuras en primer lugar.
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