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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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