El sincrotrón Alba: Qué es, cómo funciona y para qué sirve

El sincrotrón Alba, situado en Cerdanyola del Vallès (Barcelona), es una de las mayores infraestructuras científicas españolas que se hayan construido hasta ahora. Con unas instalaciones de 22870 metros cuadrados y un edificio principal que ronda los 200 metros de diámetro, se erige como uno de los mejores del mundo, convirtiéndose en todo un empujón para la ciencia española. La creación de este sincrotrón ha costado nada menos que 200 millones de euros... ¿están bien invertidos? Para responder a la pregunta, no hay nada mejor que entender esta construcción y conocer su funcionamiento.

Pero empecemos por el principio. ¿Qué es eso de "sincrotón"?

Básicamente, un sincrotrón es un anillo enorme en el que giran electrones a una velocidad muy cercana a la de la luz, los cuales producen una luz muy especial. Esta luz tan especial tiene unas ondas muy intensas y con características especiales, por lo que permiten ver estructuras invisibles con luz normal.

Esto puede sonar algo raro, pero en realidad su funcionamiento es realmente sencillo. Primero, una especie de cañón "dispara" un haz de electrones que se aceleran en un acelerador lineal mediante la energía magnética (esta energía tiene un poder 20000 veces mayor que el del campo magnético de la Tierra) y energía eléctrica. Cuando acaba este proceso, los electrones alcanzan una velocidad del 99'999% de la velocidad de la luz. Una vez que están acelerados, salen de ese acelerador lineal y se introducen en un anillo gigantesco que sirve como almacén, donde están girando en el vacío con una energía constante durante horas.

Mientras los electrones están girando en ese enorme anillo, una serie de imanes controlan su estado y les permiten producir una luz muy potente. ¿Pero cómo se coge la luz emitida para aprovecharla? Sencillamente, hay una serie de conductos situados de forma tangente al círculo por donde se "escapa" la luz. Como los electrones van girando en forma de paquetes, cada vez que pasan cerca de estos conductos un destello entra en ellos.



En la imagen que hay sobre estas líneas podéis ver las partes anteriormente mencionadas. Vamos a resumir de nuevo la explicación pero mirando al dibujo: La línea recta que hay dentro del gran círculo es el cañón de electrones, ahí es donde empieza todo. Allí, junto con el círculo pequeño al que está conectado ese cañón, es donde se aceleran los electrones. El gran círculo que ocupa la mayoría de la imagen es el almacén al que van a parar los electrones en movimiento, y esas líneas tangentes al círculo que hay rodeando todo el circuito son los conductos por donde salen los destellos de luz producidos por los electrones.

Si tenemos claro este funcionamiento, prácticamente ya habremos entendido cómo funciona un sincrotrón. Pero queda saber un último paso, ¿qué se hace con la luz extraída?

Lo primero es entender las propiedades de esa luz: Es muy intensa, de hecho sus ondas son casi un billón de veces más intensas que las de la luz normal, que permite ver desde los rayos X hasta los infrarrojos. Pero además, la longitud de onda de esa luz es más pequeña que la luz normal. Este punto es de gran importancia, ya que gracias a esa longitud tan pequeña, se pueden estudiar procesos imposibles de ver con luz normal (la cual tiene una longitud de onda mucho mayor). Esta radiación emitida, también llamada luz de sincrotrón, llega entonces a las estaciones de trabajo.

A vuestra izquierda podéis ver una estación de trabajo típica de un sincrotrón. La luz de sincrotrón llega hasta allí, y atraviesa las muestras que los científicos quieren estudiar. Mientras el objeto estudiado es atravesado por la luz, un detector especial se encarga de recoger todo lo que ocurre. Como recordaréis, los electrones viajan en forma de paquetes que emiten destellos en forma de un flash cada vez que pasan por uno de estos conductos tangentes al circuito; pero como viajan a una velocidad tan cercana a la luz, obtenemos una especie de fotograma del proceso. Finalmente, los científicos analizan los datos obtenidos y los estudian. Así acaba el viaje de nuestro sincrotrón.

Y ahora que ya conocemos todo lo básico sobre el sincrotrón Alba, por fin podemos valorar para qué nos sirve. Sus usos se extienden por multitud de campos diferentes, y supone una herramienta de trabajo insustituible para ciertas investigaciones. Por poner algunos ejemplos, podemos destacar los siguientes:

- Investigación química: El análisis de los elementos químicos permite la diversificación y mejora de los procesos químicos en muchos ámbitos, como por ejemplo en su propio estudio o en la producción de materiales como adhesivos, lubricantes, objetos impermeables... El estudio de los procesos químicos que suceden en estructuras invisibles para la luz normal puede aportar nuevos conocimientos en este campo.

- Investigación de materiales científicos: Los rayos sincrotrón permiten un estudio en 3D de moléculas y proteínas que no podrían haber sido estudiadas con luz normal. A la hora de estudiar en profundidad este tipo de estructuras tan pequeñas, así como de los procesos que ocurren en ellas, el sincrotrón es imprescindible.

- Magnetismo: De nuevo, la luz de sincrotrón es una gran ayuda para estudiar todo lo relacionado con el magnetismo, como el estudio del dicroísmo en rayos X. También se aplica en el estudio de las microestructuras magnéticas.

- Investigación sobre la vida: ¿Cómo infecta un virus a una célula? ¿Y cómo convierte la energía química en movimiento un músculo? Todo ello y muchas cosas más se estudian bajo la luz del sincrotrón. Proteínas, enzimas, hormonas, macromoléculas, virus... son estudiados en el sincrotrón Alba.

- Estudio macromolecular: Esta área de estudio es útil tanto para la investigación científica como para la industria. Desde que se finalizó el proyecto del genoma humano, es posible estudiar las estructuras de proteínas y moléculas que están relacionadas con cierta tarea vital. Es uno de los campos en los que se está trabajando con más intensidad.

- Industria: Incluso la industria tiene cabida en el sincrotrón Alba. Antiguamente, procesos de producción de cerámica o polímeros dependían de la habilidad del experto que los hacía. Ahora, en el sincrotrón se estudia al detalle cualquier proceso industrial para optimizarlo. También se estudian materiales relacionados con la informática e incluso con la medicina, ya que pueden surgir nuevos fármacos a partir de estas investigaciones.




PD: Esta entrada va a ser mi segunda aportación a la IX edición del Carnaval de Física, una iniciativa para divulgar la física que en esta ocasión estará organizada por César, en su blog Experientia Docet (mi primera aportación la podéis ver aquí).

Fuentes
¿Qué es un sincrotrón? - Cells.es
El mundo microscópico bajo una nueva luz - Revista Redes nº4
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