Gran Angular

La luz más brillante

ALBAarticulo

ALBAarticulo

En Cerdanyola del Vallès, Barcelona, funciona desde hace algo más de un año el Laboratorio de Luz de Sincrotrón Alba, único en nuestro país. En él, los electrones son acelerados hasta alcanzar casi la velocidad de la luz, y el brillante fulgor que emiten permite conocer la estructura atómica de un sinfín de materiales.

Cada día, con sólo abrir los ojos o pulsar un interruptor, tenemos acceso a un mundo luminoso. Nos parece un fenómeno tan natural como respirar, pero no deja de revestir una gran complejidad, al menos para el común de los mortales. Los científicos empezaron a preguntarse qué es la luz hace ya muchos siglos, y tras largas experimentaciones descubrieron que es una forma de energía electromagnética radiante, una energía que emiten las partículas subatómicas en aceleración.

A mediados del siglo XX la comunidad científica ideó unas instalaciones donde se logra que esas partículas, en concreto protones y electrones, alcancen prácticamente la velocidad de la luz, que es de casi 300.000 km/s en el vacío. Y logran acelerarlas hasta alcanzar el 99,99999% de esa velocidad (la máxima posible según la teoría de la relatividad), consiguiendo que liberen una energía extraordinariamente concentrada.

Es la luz de sincrotrón, nombre del acelerador de forma circular donde, gracias a la combinación de campos eléctricos y magnéticos, las partículas circulan de manera constante y sin colisionar el tiempo necesario para generar ese preciado y potente haz de luz capaz de alumbrar las entrañas de cualquier material a escala atómica, lo cual permite ver lo que ningún microscopio ha desvelado jamás.

Un sincrotrón es una herramienta científica de primer orden, con múltiples aplicaciones, cuya construcción es enormemente costosa. En el mundo existen unos 60, casi la mitad en suelo europeo. Hasta la inauguración del Alba, todos, a excepción del más grande de Europa, el francés ESRF (Instituto Europeo de Radiación de Sincrotrón) de Grenoble, estaban al norte de la línea que une París, donde se encuentra el Soleil, con Trieste, patria del Elettra. Pero desde marzo de 2010, los españoles ya tenemos nuestro propio acelerador de partículas en la localidad barcelonesa de Cerdanyola del Vallès. «Es la más compleja y mayor instalación científica construida jamás en nuestro país», afirmaron tras la inauguración desde el Ministerio de Ciencia e Innovación del Gobierno central y la Consejería de Innovación, Universidades y Empresa de la Generalitat de Cataluña. Los gobiernos central y autonómico han cofinanciado al 50% los 201 mi­­llones de euros que han costado las instalaciones del Alba, un gran proyecto que se ha hecho realidad tras un periplo de casi 20 años.

Propuesto por los físicos Ramon Pascual y Joan Bordas a principios de los años noventa, el proyecto no se aprobó de forma oficial hasta 2003, cuando se creó el Consorcio para la Construcción, Equipamiento y Explotación del Laboratorio de Luz de Sincrotrón (CELLS), dirigido por Bordas y cuya comisión ejecutiva está presidida por Pascual. Gracias al Alba, los investigadores españoles que utilizan luz de sincrotrón en sus experimentos ya no tienen que acudir a instalaciones extranjeras. «El Alba era una necesidad para la comunidad científica de nuestro país y sitúa a España en una posición tecnológica y científica de vanguardia», afirma Bordas.

Investigadores procedentes de los más diversos campos de la ciencia podrán beneficiarse del sincrotrón de Barcelona. Podrán, por ejemplo, descubrir nuevas técnicas de detección de tumores y de radioterapia, mejorar el proceso de catálisis para disminuir, o incluso evitar, la contaminación de los motores de combustión, desarrollar nuevos materiales para construir memorias más pequeñas y potentes, estudiar la composición de los minerales de la Tierra, indagar en la composición de los huevos de dinosaurio o analizar antiguas obras de arte para afrontar su restauración o constatar su autenticidad.

Al visitar las instalaciones con Joan Bordas, resulta evidente que el físico ha participado desde el minuto cero en la materialización del proyecto. Experto en la luz de sincrotrón, se mueve como pez en el agua entre la ingente cantidad de tubos, ca­­bles, imanes y demás aparejos tecnológicos que lo componen, mientras explica su funcionamiento a los presentes como si se tratara de la cosa más sencilla del mundo. Bordas y Pascual apostaron fuerte por el Alba hace años, y tardaron mucho en ver su sueño hecho realidad. Bordas dejó su cargo al frente del sincrotrón británico de Daresbury para ocuparse de un proyecto científico que ha abierto sus puertas con siete líneas de haz de luz, lo que significará que, en esta primera fase operativa, hasta mil investigadores utilicen cada año las instalaciones del Alba. «Los equipos que quieren usar nuestras instalaciones presentan un proyecto que es valorado por el Comité Asesor Científico, un órgano independiente que, tras encargar informes confidenciales, recomienda o desaconseja la viabilidad de las propuestas –explica Bordas–. En la fase inicial del Alba se presentaron 13 proyectos de investigación, de los que se eligió a los siete que operarán diariamente durante 2011. Pero el Alba podría albergar hasta 33 líneas de luz, y en 2012 se valorarán nuevas ideas.»

El edificio del sincrotrón Alba tiene una singular forma de caracol y ocupa una superficie de 30.100 m2 construidos en un terreno de 65.000 m2. Su construcción ha sido compleja. El emplazamiento requirió exhaustivos estudios geológicos para asegurar la estabilidad a largo plazo de la instalación y la certeza de que los niveles de vibración serían mínimos. Bajo la denominada zona crítica, la que sustenta el complejo de aceleradores y las líneas de luz, hay una losa de hormigón de un metro de grosor que reposa sobre una capa de dos metros de gravas graduadas. El complejo de aceleradores también está debidamente aislado, y el sistema de seguridad ha sido supervisado hasta obtener el visto bueno del Consejo de Seguridad Nuclear. Y es que la radiación de sincrotrón incluye todas las longitudes de onda, desde las más largas y menos energéticas, como los rayos infrarrojos, inofensivos para la vida, hasta las más cortas y energéticas, como la radiación de rayos X, que puede ocasionar cambios químicos en las células de un ser vivo que se exponga a ella.

Para obtener la luz de sincrotrón, lo primero es generar electrones, de masa menor que los protones y emisores de una mayor in­­tensidad de este tipo de luz. «En el Alba los electrones se generan por efecto termoiónico, es decir, calentando un metal, en este caso wolframio, a miles de grados centígrados para que algunos de sus electrones tengan suficiente energía como para escapar del material», explica Alejandro Sánchez, coordinador de operaciones del CELLS. Mediante descargas se logra que estos electrones «salten» de los átomos de wolframio hacia el acelerador lineal, donde son sometidos a fuertes campos eléctricos hasta alcanzar una energía de 100 millones de electrón-voltios (100 MeV). Luego pasan al propulsor, un acelerador circular de 250 metros de longitud donde alcanzan la máxima velocidad y energía posibles. Una velocidad que, para ha­­cernos una idea, les permitiría viajar de la Tierra a la Luna en apenas un segundo y medio. Finalmente, los electrones se inyectan en un anillo de almacenamiento similar, de 268,8 metros, donde mantienen una trayectoria en círculo gracias a unos electroimanes, dando un millón de vueltas por segundo. «La vida media de un electrón es de alrededor de 10 horas. Después de dar unos 36.000 millones de vueltas, se pierde y es repuesto en el acto», añade Sánchez.

Por ahora, la mayor parte de los investigadores que utilizan el Alba proceden de los organismos públicos, pero se espera que en un futuro cercano también las empresas apuesten fuerte por la in­­vestigación con luz de sincrotrón. De momento, la instalación, con un coste anual de mantenimiento de 22 millones de euros, es financiada al 50% por la Administración central y la autonómica, por lo que el ritmo de crecimiento del Alba será comprensiblemente lento. Cuando el sector privado entre significativamente en escena, la capacidad máxima de nuestro sincrotrón será mucho más fácil de plantear. Todo dependerá de lo que creamos que la luz emitida por estos electrones superveloces nos pueda desvelar en el mundo de la nanociencia y la nanotecnología.