Hito para la investigación de vanguardia en Mainz: inaugurado el Centro de Física Fundamental (CFP)

Inauguración del Centro de Física Fundamental (CFP): (de izq. a der.) Presidente de la JGU Prof. Dr. Georg Krausch, Prof. Dr. Hartmut Wittig, Coordinador del clúster y director de PRISMA+, Ministra de Finanzas Doris Ahnen, Prof. Dr. Volker Büscher, responsable de construcción del CFP II, Rectora de la JGU Dr. Kerstin Burck, Prof. Dr. Kurt Aulenbacher, responsable de construcción del CFP I, Ministra de Ciencia Clemens Hoch, Prof. Dr. Matthias Neubert, Coordinador del clúster y director de PRISMA+ y director general de LBB Holger Basten (Foto: Stefan F. Sämmer)

Con el Centro de Física Fundamental (CFP), la investigación de punta del clúster de excelencia PRISMA+ en la Universidad Johannes Gutenberg de Mainz (JGU) recibe una infraestructura excelente: El edificio de laboratorios y oficinas de cuatro pisos (CFP II) forma, junto con varios laboratorios de investigación, un hangar de montaje de dos pisos y una zona de conferencias, la contraparte sobre tierra del edificio de ampliación y renovación de los laboratorios subterráneos (CFP I), en el cual próximamente operará el nuevo acelerador de electrones MESA.

"La construcción del Centro de Física Fundamental (CFP) demuestra: La construcción universitaria tiene un alto valor para el gobierno estatal. Para la medida global del CFP, el estado y la federación invierten aproximadamente 105,7 millones de euros en fondos de construcción y 18,3 millones de euros en grandes equipos y equipamiento inicial. Esto incluye fondos de financiación para la construcción de investigación del gobierno federal por aproximadamente 30,66 millones de euros. La construcción de un nuevo edificio de investigación, como el CFP, siempre está vinculada a un proceso de planificación y construcción exigente. Se deben cumplir los requisitos constructivos más altos para crear condiciones marco a medida para los propósitos de investigación exigentes, el uso de equipos de gran complejidad y las diferentes unidades funcionales de los grupos de investigación en Mainz", explica la ministra de Finanzas y Construcción Doris Ahnen.

"La Universidad Johannes Gutenberg de Mainz es desde hace tiempo conocida como un centro destacado, reconocido a nivel nacional e internacional, en física nuclear, de partículas y hadrones, así como en construcción de detectores y campos de investigación relacionados. El nuevo edificio de investigación crea condiciones muy buenas para continuar el desarrollo altamente exitoso de la universidad en este campo. En el atlas de financiación 2024 de la Sociedad Alemana de Investigación (DFG), ocupa el primer lugar en financiación en el campo de la física en todo el país, lo que demuestra el notable balance de rendimiento de la Universidad Mainz y de los científicos y científicas que investigan en este área", dice el ministro de Ciencia Clemens Hoch. El gobierno estatal contribuye creando buenas condiciones marco y estructuras para la investigación de punta, por ejemplo, a través de la iniciativa de investigación. Así, el estado ayuda a que la universidad esté bien preparada para la competencia internacional por personal de élite, talento joven y fondos de financiación, continúa el ministro.

En 2012, en el marco de la entonces iniciativa de excelencia, se aprobó el clúster de excelencia PRISMA ("Física de precisión, Interacciones fundamentales y estructura de la materia") y se estableció una nueva red de investigación en física de partículas y hadrones. En la siguiente ronda de la estrategia de excelencia, la historia de éxito continuó, y en 2019 se lanzó PRISMA+ como sucesor del clúster. Casi 300 científicas y científicos trabajan actualmente en el marco del clúster de excelencia PRISMA+ en áreas como la investigación de la materia oscura, cuyas propiedades solo se pueden deducir indirectamente hasta ahora, y han logrado en esta área logros científicos destacados en los últimos diez años. "Nuestro clúster de excelencia ha tenido un desarrollo impresionante", afirma el presidente de la Universidad Johannes Gutenberg Mainz, Prof. Dr. Georg Krausch. "La combinación de mediciones de precisión sin precedentes, participaciones líderes en experimentos internacionales de gran escala y cálculos innovadores en física teórica ha consolidado el estatus de la JGU como uno de los centros mundiales líderes en física de partículas, astropartículas y hadrones. De esta manera, PRISMA+ ha perfeccionado durante más de diez años el perfil de investigación de la JGU y fortalece la visibilidad y competitividad nacionales e internacionales de la universidad en la lucha por fondos de financiación, investigadores y talento joven. Agradecemos al estado de Renania-Palatinado por su inversión y compromiso en este proyecto de construcción técnicamente muy exigente, que abre condiciones de investigación de vanguardia para nuestros científicos y científicas."

"El CFP II alberga, en particular, laboratorios especializados para el desarrollo de detectores, incluyendo salas limpias y un hangar de montaje de 400 metros cuadrados para la construcción de componentes grandes de detectores", explica el Prof. Dr. Volker Büscher, profesor en el Instituto de Física y encargado de la construcción del CFP II. El hangar cuenta con un sistema de grúas instalado y una entrada para camiones para transportar los equipos de investigación a instituciones de investigación internacionales como CERN o también a la sala de experimentos subterránea MESA del CFP I. "En ambos edificios encontramos condiciones ideales para la investigación y el desarrollo", añade el Prof. Dr. Kurt Aulenbacher, profesor en el Instituto de Física Nuclear, encargado de la construcción del CFP I y líder del equipo del proyecto para la construcción del acelerador innovador.

Propiedades técnicas y constructivas de los diferentes edificios en el CFP

El desafío en la construcción de los laboratorios subterráneos (CFP I) fue conectar sin fisuras en una profundidad de hasta 11 metros con los laboratorios existentes de los años 60 y adaptar las necesidades constructivas para la operación de un acelerador. Así, se colocaron aproximadamente 36 pilotes de cimentación con un diámetro de 1,20 metros a unos 34 metros en el suelo, y para protección contra radiación, se vertió en un día una losa de acero de 2,5 metros de espesor.

Sobre la sala de 600 metros cuadrados se construyó, en tierra, un edificio técnico de dos pisos con aproximadamente 590 metros cuadrados de superficie. Actualmente, ya se está construyendo y poniendo en marcha el nuevo acelerador de partículas innovador MESA (Acelerador Superconductivo de Recuperación de Energía de Mainz). Además, se ha puesto a disposición del instituto un nuevo taller con oficinas y salas de descanso de 290 metros cuadrados, así como un almacén de 240 metros cuadrados.

El nuevo edificio de laboratorios y oficinas CFP II complementa la ampliación de los laboratorios subterráneos existentes. Desde el punto de vista de la planificación, fue necesario integrar el CFP II en el espacio muy limitado entre los edificios existentes de física nuclear y el Instituto Helmholtz de Mainz. La nueva construcción, con una longitud de 56 metros, 31 metros de ancho y 23 metros de altura, aprovecha de manera óptima la zona libre anterior en Staudingerweg frente al Instituto de Física. Los grupos involucrados en el clúster de excelencia PRISMA+ están alojados en el barrio de física, que ahora está completamente integrado y cercano.

El CFP II alberga oficinas y laboratorios especializados para seis nuevos grupos de trabajo en las áreas de física de neutrinos, astropartículas, materia oscura, física de precisión a bajas energías, física de aceleradores y el laboratorio de detectores PRISMA, además de espacios para científicos y científicas visitantes. También incluye un área multifuncional para conferencias del Instituto de Física Teórica de Mainz (MITP) y oficinas para la administración del clúster de excelencia.

Las propiedades técnicas y constructivas de los diferentes edificios en el Centro de Física Fundamental representan desafíos especiales para los ingenieros especializados del Landesbetrieb LBB y la oficina de planificación general DGI Bauwerk (Berlín), que actuó como planificador general. Como contratistas principales, trabajaron las empresas Leonhard Weiss (Langen) y Lindner (Arnstorf).

"Muchos proyectos del Landesbetrieb LBB no son edificios 'estándar', sino construcciones altamente especializadas como el CFP", dice Holger Basten, director general del Landesbetrieb Liegenschafts- und Baubetreuung (Landesbetrieb LBB). "La combinación de la ampliación de los búnkeres de investigación a prueba de radiación con una nueva construcción técnica sobre tierra y un nuevo edificio de laboratorios y oficinas en un espacio muy limitado fue un gran desafío. Primero, los investigadores de la JGU y el LBB tuvieron que definir con precisión las necesidades. En la fase de planificación y realización, colaboramos con socios especializados en planificación y construcción, de los cuales hay pocos en el mercado con la experiencia adecuada. Mi agradecimiento por su enorme y cooperativa labor va a todos los involucrados, tanto a la JGU y al equipo del proyecto de la sucursal del LBB en Mainz, como al planificador general y a todas las empresas ejecutantes."

Investigación de élite en Mainz – el clúster de excelencia PRISMA+

El clúster de excelencia PRISMA+ se ocupa de los componentes básicos de la materia y las fuerzas que actúan entre ellos. Todo esto describe el Modelo Estándar de la física de partículas con una precisión impresionante, pero aún deja preguntas fundamentales sin responder: ¿Por qué no se destruyeron completamente la materia y la antimateria después del Big Bang? ¿De qué está compuesta la materia oscura invisible, que constituye más del 80 por ciento de la masa del cosmos? ¿Cuál es el papel de los neutrinos misteriosos en el universo temprano? La búsqueda de esta "nueva física" más allá del Modelo Estándar es el tema principal de PRISMA+.

Los logros científicos de los últimos diez años incluyen la participación en el descubrimiento del bosón de Higgs y la medición de la masa del bosón W en el detector ATLAS en CERN, la detección de un neutrino procedente de una galaxia a tres mil millones de años luz de distancia con el experimento IceCube en el Polo Sur, la medición extremadamente precisa del magnetismo del muon en el Fermilab estadounidense, que ha proporcionado indicios de una física nueva, y la expansión continua del experimento XENON, el detector más sensible del mundo para la búsqueda de materia oscura, en la cordillera de Gran Sasso en Italia.