Un haz de luz tan brillante como el sol y diez veces más fino que un cabello

Producir luz y usarla para analizar materia es una frase demasiado sencilla para resumir lo que ocurre dentro de un sincrotrón. Sin embargo, si especificamos algo más y decimos que se produce un rayo más brillante que el sol –que, además, viaja a la velocidad de la luz–, para utilizarlo después para mirar qué ocurre dentro de los átomos de la materia, estaremos más cerca de entender la complejidad de lo que sucede dentro del acelerador de partículas Sincrotrón Alba.

Este acelerador situado en Cerdanyola del Vallès (Barcelona) es una de las infraestructuras científicas más grandes de la Península y una de las más importantes del sur de Europa. Desde que se inaugurara en 2012, cada año llegan hasta aquí cientos de científicos y empresas de todo el mundo a realizar experimentos de lo más variado. De hecho, hasta la fecha se han realizado 2.500 experimentos diferentes y se han publicado más de 1.300 artículos de revistas especializadas.

Gracias a este potente instrumento se ha conseguido, por ejemplo, ver exactamente qué le ocurre a una célula cuando es infectada por el virus covid-19 o ver dónde se sitúan los antibióticos dentro de cada célula. También se puede observar cómo se comporta un cosmético en la piel; ayudar en las restauraciones de pinturas murales con siglos de antigüedad; desarrollar fármacos específicos o identificar las causas del alzhéimer; conocer los materiales del interior de la Tierra; desarrollar embalajes para gastronomía, o desarrollar todo tipo de materiales para baterías de almacenamiento energético, etc.

¿Cómo lo hacen?

El edificio es una circunferencia de casi 300 metros de diámetro que recuerda un poco a una «estrella ninja». En su interior, se reproduce uno de los fenómenos que se da en las estrellas, la llamada luz de sincrotrón. Caterina Biscardi, directora de ALBA detalla: «Aquí producimos luz de sincrotrón, que no es más que la luz que emiten partículas cargadas, que tienen mucha energía y que se mueven en trayectorias no lineales. Sería un poco como los rayos X, aunque en realidad, reproducimos una parte del espectro electromagnético, desde infrarrojos hasta rayos X incluida la luz visible. Digamos que ese fenómeno natural que se da en el universo, en los agujeros negros por ejemplo, lo reproducimos aquí pero de forma controlada dentro del acelerador. Al dominar este haz de electrones ,aprovechamos la luz que emiten para hacer experimentos con una resolución tan potente que podemos ver cómo es una célula por dentro con un nivel de detalle de solo 30 nanómetros. Esto permite ver la posición de los átomos y en qué estado están».

El proceso comienza en una simple pastilla metálica, concretamente de tungsteno impregnado con óxido de bario (BaO). Al calentarse a 1.200 grados se extraen electrones que se aceleran. «Para ello se usan campos eléctricos, mientras que para conseguir que sigan trayectorias circulares, se usan imanes. La luz que emiten los electrones es desviada hacia unas ventanas por donde sale a diferentes laboratorios de experimentación», continúa la directora de ALBA.

Dentro de los laboratorios, llamados líneas, se investiga algo diferente. Ahora mismo hay 14 activos de estudios de fármacos, baterías de litio, pero también de otros materiales que se están desarrollando para el almacenamiento energético y los coches eléctricos, tomografía para ver la célula en 3D, etc. Este año que empieza se irán incorporando otras líneas.

Ampliación

Desde hace tres años, ALBA se está transformando, un proceso que culminará en 2032 cuando el acelerador de tercera generación sea reemplazado por uno de cuarta. El ALBA II, aumentará aún más la capacidad analítica, porque su resolución pasará de 30 nanómetros a 2-3 nanómetros. «Cambiaremos el acelerador interno para hacer que el haz de electrones sea mucho más pequeño, más focalizado. Ahora la dimensión del haz de electrones es como un cabello. Con ALBA II será 10 veces más pequeño y eso producirá un haz de fotones mucho más intenso y con mayor capacidad; algo que también aumentará la rapidez en los experimentos», apunta Biscardi.