Fue un hito para la región, la Universidad de Atacama (UDA) acogió la charla internacional «Más allá de los métodos tradicionales: muografía de rayos cósmicos en la exploración de minerales, la minería y la investigación planetaria», dictada por el destacado geólogo finlandés Marko Holma, CEO de la empresa Muon Solutions.

La innovadora técnica de la muografía o tomografía muónica, utiliza partículas cósmicas para medir con precisión la densidad de las rocas en profundidad, abre un mundo de posibilidades para la investigación científica y la industria en Chile, particularmente en la región de Atacama.

La tecnología implica contar con un dispositivo que permite la detección de muones, que son partículas de radiación cósmica secundaria que pueden usarse para identificar vacíos subterráneos y posibles riesgos de seguridad en situaciones mineras.

La muografía ha permitido también descubrir una cámara oculta en la Gran Pirámide de Guiza (ABC 2017) y en materia de vulcanología, ha ayudado a predecir erupciones, tal como reveló un estudio que identificó el origen de la actividad en el volcán Sakurajima, Japón (Science News).

Aplicaciones en la minería y la seguridad

Holma detalló las diversas aplicaciones de la muografía en la industria minera, desde la exploración mineral temprana hasta la seguridad del personal y la estabilidad de las operaciones. «Podemos obtener imágenes de montañas, dónde están las anomalías de contraste de densidad», explicó.

En un territorio altamente sísmico esto puede ser crucial para los equipos de rescate afirmó el CEO de Muon Solutions en su primera visita a la región para dictar un seminario organizado por el Departamento de Geología de la Universidad de Atacama.

El empresario e investigador finés agregó que: «También podemos monitorear los ángulos de pendiente en minas a cielo abierto, visualizar y monitorear las redes de túneles, y detectar fallas en rocas y caídas».

Marko Holma refirió que la muografía también se presenta como una herramienta invaluable en situaciones de emergencia. «Si hay grandes edificios o minas que se derrumban, las personas pueden sobrevivir en los vacíos», señaló.

Atendiendo a una pregunta del auditorio que referenciaba al rescate de los 33 de la Mina San José y a la naturaleza sísmica de Chile, el CEO de Muon Solutions acotó que: «Con nuestra tecnología, probablemente se pueda ver dónde están los vacíos con bastante rapidez, en unas pocas horas. Esto puede ser crucial para los equipos de rescate», aseveró.

Un potencial enorme para la minería

El Dr. Karl Riveros Jensen, profesor asociado del Departamento de Geología de la UDA y organizador del seminario junto con destacar el gran interés que despertó la charla entre la comunidad científica y la industria, refrendó las cualidades de la muografía detalladas por Holma, “efectivamente esta tecnología podría ser capaz de detectar cavidades en profundidad, por lo que sería útil para definir laboreos mineros antiguos o para caracterizar zonas de colapso (como el socavón de Tierra Amarilla). Sin embargo, lo más importante -considerando nuestro contexto geológico y minero-, es que esta técnica detecta contrastes de densidad entre las rocas, lo cual permite predecir la ocurrencia de cuerpos mineralizados en profundidad, en otras palabras, encontrar yacimientos metálicos”, acotó.

La visita de Marko Holma y la presentación de la muografía a la comunidad de Atacama representan un paso adelante en el desarrollo de la ciencia y la tecnología en la región y esto fue evidente en la interacción en inglés del estudiantado con el científico nórdico; «Estas instancias son verdaderos entrenamientos para nosotros. Las principales fuentes bibliográficas en geología están en inglés y estas instancias nos permiten interactuar con personas de habla inglesa. Había estudiantes, profesores, gente de la industria, geólogos de la empresa minera. Considero que esta puede ser la primera semilla para iniciar esta relación entre ambas partes mencionó el Dr. Riveros Jensen”.

En este seminario, la UDA, a través de su departamento de Geología y el Instituto de Astronomía y Ciencias Planetarias, se posiciona como un actor clave en el desarrollo de esta innovadora tecnología. Así la muografía se perfila como una herramienta poderosa para el futuro de Atacama, con un potencial que abarca desde la exploración de recursos naturales como aguas subterráneas, minerales y gases; hasta la seguridad y la gestión de desastres naturales, como sismos y erupciones volcánicas.

Costos y potencialidades de la muografía

Por su parte el project manager en Chile y senior geologist de Muon Solutions, Mario Arancibia aportó algunos antecedentes adicionales acerca de cómo la muografía puede aplicarse en condiciones reales, en este sentido aseveró que “es un método estadístico, por lo que necesitamos tiempo para recopilar estadísticas de muones. La muografía en zonas muy profundas, como a 1000 metros de profundidad, generalmente requiere meses en lugar de semanas. Las profundidades más someras siempre son más fáciles ya que hay más muones disponibles y, por lo tanto, los tiempos de medición son mucho más cortos”, explicó.

De igual forma, frente a la consulta acerca de los costos asociados a la tecnología, manifestó que estos podrían ser competitivos, dependiendo de la logística asociada a la operación: “Los detectores de muones son instrumentos delicados, pero requieren muy poco mantenimiento durante su operación. No consumen mucha energía, pero aun así se necesita algo. Si no hay electricidad disponible, podemos utilizar sistemas de baterías. También se necesitan algunos auxiliares adicionales, fáciles de adquirir. Los costos de realizar una muografía dependen del número de detectores utilizados y de nuestros costos, que para Chile aún no han sido definidos. Nuestra tarifa incluye el trabajo de análisis de datos, el cual puede ser extenso”, detalló el científico.

Un futuro de colaboración e innovación

Por su parte, el académico del departamento de Ingeniería Civil en Minas de la UDA, don Hugo Olmos Naranjo, quien es experto en mecánica de rocas, con una destacada participación en análisis del socavón de Tierra Amarilla en 2022 y en el rescate de la Mina San José en 2010, entre otros trabajos en la industria, manifestó que: “He conocido a Marko Holma en visita a nuestra mina Escuela de la UDA y considero que son impresionantes las potencialidades de la muografía, sin embargo nos falta mucho más por saber en torno a los resultados técnicos de esta innovación en el campo de la geofísica, además de los costos y los tiempos que involucra la operación de la tecnología en Chile. Nos gustaría generar este conocimiento en nuestra universidad, desde el impacto ambiental, pasando por costos y de paso aprender a usar la tecnología para poder compararla con los servicios que la industria tiene disponibles al día de hoy para realizar prospecciones y para detectar anomalías”.

En tanto, el geofísico y vulcanólogo del Instituto de Astronomía y Ciencias Planetarias de la UDA, Giovanni Leone aseveró que la visita de Holma, con quien han colaborado mutuamente en esta línea de investigación expresó: “Es una buena oportunidad para desarrollar futuras colaboraciones. Y espero que podamos traer un instrumento acá en Atacama que lo necesitamos de verdad mucho. De hecho, hemos ya visitado la mina escuela de la Universidad de Atacama y es un lugar perfecto para empezar. Es un lugar protegido y que puede ser ocupado por estudiantes».

Nuevos hallazgos en geofísica han sido revelados con la presentación del artículo acerca de la muografía, en el cual el geofísico del INCT, Dr. Giovanni Leone ha contribuido en la investigación liderada por el Dr. Hiroyuki Tanaka de la Universidad de Tokyo y es el resultado de la colaboración de un destacado equipo de investigadores del Instituto Virtual Internacional de Muografía (VMI), de universidades e institutos de una docena de países, entre las que se suman la Universidad de Salerno, el Laboratorio del Acelerador Nacional (Fermi) y la Organización Europea para la Investigación Nuclear (CERN), entre otras.

El muón (μ) es una partícula elemental inestable, con una carga similar al electrón pero con una masa 200 veces mayor. No se encuentra de forma permanente en el universo, solo en rayos cósmicos y laboratorios, con una existencia efímera de 2,2 microsegundos. Su gran capacidad de penetración permite que atraviesen la atmósfera terrestre y lleguen a la superficie, con un flujo de aproximadamente un muón por centímetro cuadrado por minuto al nivel del mar.

Uno de los principales usos que se le atribuye a las partículas cósmicas es obtener lecturas de la densidad de los materiales que hay bajo la tierra, cuestión que habilita realizar verdaderas «radiografías» del subsuelo, posibilitando identificar materiales como la lava, minerales, cavernas o agua, entre otras aplicaciones.

Un artículo publicado en Nature Reviews Methods Primers por el grupo Springer Nature presenta los avances más recientes en muografía. Es fruto del trabajo conjunto de un destacado equipo de investigadores del Instituto Virtual Internacional de Muografía (VMI), que reúne a expertos de universidades e institutos de 12 países. Entre las instituciones participantes se encuentran la Universidad de Tokio, la Universidad de Salerno, el Laboratorio del Acelerador Nacional Fermi, el CERN y la Universidad de Atacama, entre otras.

El Dr. Giovanni Leone, académico e investigador del INCT-UDA, ha contribuido significativamente a este proyecto global. Su experiencia en el conocimiento de los volcanes terrestres y planetarios, particularmente en Marte, ha sido destacada como parte integral de este esfuerzo colaborativo.

En el artículo, titulado «Muografía», se explora toda una gama de aspectos de esta tecnología avanzada. Se detallan los últimos logros, como la navegación a nivel de centímetros con el sistema de posición muométrica interior (muPS), comparándolo con otras tecnologías PNT establecidas. Este recurso se presenta exhaustivamente para estudiantes, académicos e investigadores, ofreciendo descripciones de aplicaciones y estudios de caso.

El artículo aborda temas cruciales, incluyendo la visualización de la estructura interna de objetos gigantes como volcanes, túneles y pirámides, así como la aplicación de la muografía en la sincronización del tiempo cósmico, la calibración de tiempo y aplicaciones criptográficas. Además, se exploran las aplicaciones específicas en seguridad inalámbrica, sistemas de autenticación basados en la nube y comunicaciones seguras, demostrando la versatilidad de la muografía en diversos campos.

Volcanes de Marte

El Dr. Giovanni Leone, entre otros distinguidos investigadores, figura como uno de los autores del artículo, resaltando el papel esencial de la Universidad de Atacama en este avance científico global. Este logro subraya la importancia de la cooperación internacional en la física de partículas para abordar problemas globales y avanzar hacia soluciones innovadoras y prácticas. La muografía, con sus aplicaciones cada vez más amplias, promete transformar nuestra comprensión del mundo que nos rodea y abrir nuevas posibilidades en diversos campos de la ciencia y la tecnología.

El Dr. Leone destacó que “el aporte de la UDA a través del INCT se centra en el conocimiento de los volcanes, tanto terrestres como planetarios, con un enfoque particular en los volcanes de Marte. Se vislumbra un proyecto futuro que aplicaría la muografía para explorar el interior de los volcanes marcianos, aprovechando el desierto de Atacama como un análogo geomorfológico único de Marte”, aseveró el científico.

En torno a la inversión necesaria para la aplicación de la muografía el geofísico explicó que “la Universidad de Atacama había postulado a un proyecto Fondequip por aproximadamente 300 millones de pesos para adquirir el primer instrumento necesario. Lamentablemente, el proyecto no fue aprobado”. En respuesta, el Dr. Leone desafió a estimar las posibles pérdidas económicas para la minería en el último año, sin el uso de este instrumento a escala industrial. Esta reflexión ofrece una perspectiva clara del costo de no aprobar un proyecto que podría tener un impacto significativo en la industria.

El investigador señaló otras aplicaciones fascinantes de la muografía, como su uso en ciberseguridad, sincronización de datos y monitoreo preciso en Tokio. Además, reveló que están trabajando en un proyecto para aplicar muones en la transmisión subterránea, donde el GPS no puede llegar, además señaló las potencialidades de la muografía para usos militares.

Enlaces relacionados:

1. MUOGRAPHIX. International Muography Research Organization. 
2. Geofísico de la UDA estudia tecnología que permitiría predecir erupciones volcánicas
3. Académico de la UDA firmó Convenio Internacional para explorar volcanes con partículas subatómicas.