Esta semana se ha inaugurado el Sincrotón ALBA en Cerdanyola del Vallès (Barcelona), pero esta macro-herramienta no estará en marcha hasta finales de año. Los responsables de la mayor infraestructura de ciencia jamás construida en España (y la más importante del sur de Europa) confían en que en 2011 el brillo de su luz ayude a descubrir los secretos de la materia, desde la estructura atómica de una proteína hasta las características de una obra de arte. Presentamos las claves de una instalación que servirá para estudiar desde las reacciones químicas hasta los huevos fósiles de los dinosaurios.
La idea de construir una instalación de luz sincrotrón cerca de Barcelona se remonta al año 1992, cuando el Gobierno catalán encarga un estudio para conocer su viabilidad. Hoy aquel sueño es realidad en Cerdanyola del Vallès gracias al Consorcio para la Construcción, Equipamiento y Explotación del Laboratorio de Luz del Sincrotrón (CELLS), financiado a partes iguales por el Estado y la Generalitat.
Un sincrotrón es un acelerador de partículas subatómicas, en concreto de electrones que, al circular a velocidades muy próximas a la de la luz y colisionar, permiten observar estructuras y fenómenos microscópicos con una precisión excepcional. Según su geometría un puede ser lineal, o circular como el de Barcelona.
ALBA es el primer acelerador de alta energía que se construye en España, y es una fuente de tercera generación. Esto implica que utiliza sofisticados sistemas magnéticos, denominados “dispositivos de inserción” que suministran luz a medida con una calidad o brillo de primer orden. En el mundo existen 70 instalaciones con fuentes de luz, 25 localizadas en Europa. Otros sincrotrones parecidos en Europa son el PSI de Suiza, o el SOLEIL y el ESRF (Instalación Europea de Radiación Sincrotrón), en Saint-Aubin y Grenoble (Francia), respectivamente.
No obstante el sincrotrón ALBA presenta algunas novedades, según explica a SINC Ramón Pascual, Presidente de la Comisión Ejecutiva de CELLS: “Tiene imanes bipolares del anillo segmentables (otros son de una pieza), la inyección de electrones se hará de forma continua (en otra instalaciones ‘matan’ el haz una vez al día y lo inyectan de nuevo en la siguiente jornada), y sistemas de radiofrecuencia diferentes”.
La estructura de ALBA incluye tres aceleradores o componentes básicos. El haz de electrones se genera en un acelerador lineal (linac), que lo acelera hasta los 100 megaelectronvoltios (MeV). De aquí los electrones pasan a un acelerador circular o propulsor de 250 metros de diámetro, que incrementa su energía hasta los 3 gigaelectronvoltios (GeV). Finalmente el haz se inyecta en un anillo de almacenamiento de 268 metros, que todavía está en fase de construcción.
Un abanico de aplicaciones
En el anillo se almacenan los electrones de alta energía, en un ambiento de vacío y con una energía constante, durante horas y horas para producir la luz sincrotrón, que sirve para multitud de investigaciones en diversos campos de la ciencia. En física se puede determinar la estructura atómica de fluidos y sólidos. En química, para analizar y mejorar la eficiencia de las reacciones. Y en Medicina, para aplicaciones en imagen médica y en radioterapias.
En ciencias de los materiales servirá para estudiar la materia a escala nanométrica o en la fabricación de microdispositivos. En ciencias ambientales, para detectar elementos traza en suelos y plantas, y en ciencias de la vida, para determinar la estructura -incluso atómica- de complejas moléculas como las de las proteínas o de microorganismos como virus y bacterias.
“Una de las características de la luz sincrotrón es la utilización de métodos no destructivos”, destaca a SINC Igors Sics, investigador de ALBA, “por lo que también se emplea para estudiar fósiles, como huevos de dinosaurio, sin dañarlos”. Esta propiedad también permite su aplicación en análisis no destructivo de obras de arte.
Las siete cabañas de experimentación
Todas estas investigaciones se realizan en varias estaciones o cabañas experimentales (beamlines) situadas alrededor del anillo de almacenamiento, donde los electrones se mantienen mediante campos magnéticos. Aquí producen rayos X (aunque potencialmente la luz puede operar en cualquier longitud de onda) de forma tangencial a su trayectoria, lo que sirve a los científicos para analizar las muestras.
ALBA podrá acoger 33 líneas de luz, aunque de momento el proyecto inicial contempla contar con siete cabañas experimentales cuando la instalación comience a funcionar en 2011.
El investigador Igors Sics se prepara para trabajar en una de estas estaciones, la dedicada a “difracción no cristalina”, con la que se puede determinar la disposición de las fibras de colágeno en los tejidos o ver la cristalización de los polímeros. Su compañero Jordi Benach, explica a SINC que él investiga en la línea “cristalografía de macromoléculas”, en la que se puede examinar la estructura en 3D de proteínas y ácidos nucleicos, una información de gran ayuda en biomedicina.
Las otras cinco “beamlines” tienen nombres tan complejos como “difracción en polvo y altas presiones”, “absorción de rayos X”, “microscopía para fotoemisión de electrones”, “espectroscopia de absorción de rayos X”, y “microscopia por rayos X”, con la que se estudian los huevos fósiles de los dinosaurios.
Ramón Pascual comenta que a finales de este año la instalación comenzará a funcionar con la ayuda de los científicos y técnicos que actúen como “conejillos de indias” en esta etapa inicial, para en 2011 -sin concretar fechas- empezar a operar desde el sincrotrón.
“Para que el enorme potencial de ALBA se convierta en realidad se necesitan tres cosas: que los futuros usuarios usen esta herramienta con dedicación, talento y esfuerzo; que el personal esté a la altura de los nuevos retos científicos y pueda construir nuevas tecnologías y líneas de luz para los nuevos proyectos, y que las administraciones inviertan los recursos necesarios”, concluye Joan Bordas, director de la Comisión Ejecutiva de CELLS.
Investigadores del Instituto de Física Corpuscular han logrado medir en el laboratorio la formación de un elemento clave en la evolución de la composición química de los elementos pesados. Un isótopo de este elemento, el Plomo-204, se produce en estrellas gigantes rojas, responsables de la creación de la mitad de los elementos más pesados que el hierro en la naturaleza.
La Real Academia Sueca de las Ciencias ha premiado a los investigadores John Hopfield, de la Universidad de Princeton (EE UU), y Geoffrey Hinton, de la Universidad de Toronto (Canadá), por sus descubrimientos e inventos que permiten el aprendizaje automático con las redes neuronales artificiales.
