Luz de sincrotrón: Millones de veces más brillante que el Sol

En España tenemos un acelerador de partículas, el sincrotrón ALBA; un anillo de casi 270 metros de perímetro que, con la luz que emite una luz millones de veces más brillante que la del Sol.

La ilustración también es conocida como el siglo de las luces porque quienes la defendían creían que el conocimiento podía arrojar algo de claridad sobre las penurias de nuestra sociedad. Parece bastante intuitivo que la luz es, para nosotros, un símbolo de conocimiento, de sabiduría y de comprensión. Aunque, para ser justos tenemos buenos motivos para verla así, porque no solo es un símbolo.

La luz de las estrellas nos habla de cómo se expande el universo y la luz del microscopio nos permite ver un liliputiense mundo completamente inimaginable para nuestros antepasados. Pero la luz es más de lo que nuestros ojos captan, el espectro electromagnético va desde las ondas de microondas que calientan nuestra comida y nos hablan del origen del universo, como los rayos gamma liberados durante algunos de los fenómenos más violentos del universo. Entre uno y otro existe toda una variedad: el infrarrojo, los ultravioleta, los rayos X… Aunque parezca de Perogrullo, los humanos necesitamos luz para avanzar en disciplinas tan dispares como nanotecnología e historia, el problema es que no siempre es fácil conseguirla.

Cuando hace falta una luz realmente intensa los científicos tienen que buscar una forma de producirla, y los sincrotrones son una gran opción. Anillos gigantes rellenos de nada, pero por los que hacemos que un puñado de partículas aceleren hasta alcanzar velocidades cercanas a la luz. No es fácil, pero no hay luz como la del sincrotrón.

Un anillo gigante de luz

En 1946 Schenectady descubrió por casualidad este tipo de radiación. Fue mientras probaba una nueva máquina llamada precisamente “sincrotrón” que, inesperadamente, comenzó a emitir rayos X al desviar a los electrones que circulaban por su interior. Cuanto más rápido se mueve el electrón más energético es la luz que emite, alcanzando incluso a los mortíferos rayos gamma. Aunque claro, por entonces todo esto no se sabía. Sin embargo, desde aquel momento hemos encontrado todo tipo de fuentes naturales, sobre todo en las mayores piezas del bestiario galáctico, como las supernovas o los púlsares. En cualquier caso, estos objetos no nos interesan demasiado, su radiación de sincrotrón es caprichosa, inconstante e inaccesible. Si queríamos estudiarla bien y utilizarla para nuestros propósitos teníamos que volvernos independientes, aprender a crearla nosotros, no como un residuo de otros procesos sino como un fin en sí mismo.

El concepto era relativamente sencillo. Necesitábamos acelerar electrones tanto como nos fuera posible y entonces hacer un lanzamiento con efecto bajo el influjo de un enorme imán. Suena engañosamente fácil, porque estamos hablando de tomar una partícula realmente minúscula, absolutamente invisible para nuestros ojos y empujarla poco a poco hasta que roce la velocidad de la luz. Para solucionar esto hacía falta un acelerador.

Un acelerador de partículas suele estar compuesto por varias estructuras. La primera es un acelerador lineal, un linac con forma de tubo recto. Dentro de él, en el vacío, se calentará un metal provocando que de él se escapen haces de electrones. Dentro del tubo, estos electrones son empujados usando cargas eléctricas que van “empujándole” a medida que atraviesa las secciones del anillo mientras que los sectores que tiene por delante “tiran” de él. Es algo parecido a apretar el final de una pasta de dientes. Con cada segmento que atraviesan toman más velocidad hasta que llegan al final del tubo, donde son inyectados en un anillo más grande.

Ahora todo es distinto, el tubo tiene una curvatura y los electrones tendrán que ir corrigiendo su trayectoria para no estrellarse contra las paredes. El truco es utilizar imanes que vayan torciendo su viaje y agrupándoles en el centro del tubo. Lo malo de curvarse es que, en el giro, las partículas pierden energía en forma de la dichosa radiación de sincrotrón de la que hablábamos. Normalmente se van concatenando anillos cada vez más grandes para poder acelerar a la partícula tanto como sea posible. Sin embargo, el sincrotrón que a nosotros nos interesa es uno muy concreto situado en España, en la periferia de Barcelona.

El sincrotrón ALBA es uno de los sincrotrones más importantes de eurona y tras su linac de 10 metros y un anillo propulsor de casi 250 metros inyecta sus electrones en un último tubo de unos 270 metros de perímetro, el anillo de almacenamiento. En este anillo los electrones están tan acelerados que dan un millón de vueltas cada segundo, a un 83% de la velocidad de la luz. Y es ahora donde ocurre la magia, el momento en que el haz es transformado para que, libere toda esa descomunal energía en forma de luz de sincrotrón.

Construir algo así no fue sencillo. Para hacerse una idea, desde que se puso en marcha el proyecto hasta que empezaron los primeros experimentos pasaron 18 años, desde 1994 hasta 2012. Y a estas alturas me imagino la pregunta que te estás haciendo “tanto esfuerzo ¿para qué?”. ¿Qué es lo que hacen con toda esa luz en el sincrotrón ALBA?

Todo

La respuesta es todo o, mejor dicho, casi todo lo que se te pueda ocurrir. Las partículas del anillo de almacenamiento, cuando se han acelerado lo suficiente, se canalizan a unos tubos rectos llamados líneas. En el sincrotrón ALBA hay ocho líneas funcionando y otras cuatro en construcción, pero está preparado para albergar docenas de ellas, cada una con su propia temática. Es en estas líneas donde se fuerza al haz para que emita radiación de sincrotrón la cual es alterada para filtrar solo el tipo de luz que interese a cada equipo de investigación, porque no todo necesita la misma luz.

Algunos equipos utilizan toda esta energía en forma de luz para hacer una suerte de “radiografías” a sustancias de todo tipo, desde las moléculas implicadas en una enfermedad hasta materiales de última tecnología, alimentos como el chocolate o restos históricos, todo para ver su estructura y de cómo están organizadas sus átomos.

Eso es lo bueno de la luz, sirve para tantas cosas que a su alrededor se apelotonan multitud de ideas diferentes, estimulando una sala transdisciplinariedad, de esa que nutre ideas originales, distintas a todo lo que se había intentado hasta entonces. El sincrotrón ALBA presta sus servicios a más de 1800 investigadores cada año mediante un concurso y de forma totalmente gratuita. Esto es ciencia con mayúsculas.

España es extremadamente rara. La inversión en investigación es realmente baja y vivir es algo que poquísimos profesionales pueden alcanzar. Pero, a pesar de lo poco que se apuesta por ellos, consiguen producir trabajos científicos de primer nivel superando cualquier expectativa. Quizás nos hemos acostumbrado a la adversidad, a hacer lo máximo con lo mínimo dejando un regusto agridulce a esta historia. Sin embargo, hay algo de lo que podemos estar orgullosos y es que a veces, inversión y calidad se unen y los resultados se vuelven excepcionales. Ese es el caso de ALBA, un rara avis de la ciencia española, arrojando luz en un siglo de penumbras.

QUE NO TE LA CUELEN:

  • El sincrotrón ALBA no supone el menor peligro para la ciudad de Barcelona ni sus alrededores. Trabajar en su interior siguiendo las medidas de prevención estipuladas tampoco supone un riesgo para la salud.
  • El acelerador ALBA no tiene el tamaño de su hermano más famoso, el LHC del CERN, porque no necesita 27 kilómetros para producir la luz que busca. Tiene exactamente las dimensiones que requiere.

REFERENCIAS (MLA):