MATEMÁTICAS, FÍSICA Y QUÍMICA: Física

Un gigante para viajar al interior de la materia

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En Lund, una ciudad de unos 90.000 habitantes ubicada en el sur de Suecia, se trabaja a todo ritmo en la construcción del que será uno de los proyectos científicos más ambiciosos del mundo. Se trata de la Fuente Europea de Neutrones por Espalación, una instalación de investigación científica con un gran acelerador lineal de partículas que permitirá desentrañar los misterios de la materia que nos rodea a escala atómica y molecular.

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Federico Kukso | | 02 septiembre 2017 08:00

<p>Vista aérea del pasado mes de julio del estado de las obras de construcción de la Fuente Europea de Neutrones por Espalación en Lund (Suecia). / Perry Nordeng / ESS</p>

Vista aérea del pasado mes de julio del estado de las obras de construcción de la Fuente Europea de Neutrones por Espalación en Lund (Suecia). / Perry Nordeng / ESS

Después del Gran Colisionador de Hadrones (LHC) del CERN, situado en Suiza, otro gran experimento internacional promete sacudir la ciencia y nuestro conocimiento de la naturaleza. Hablamos de la Fuente Europea de Neutrones por Espalación (ESS, por sus siglas en inglés), una instalación de investigación científica que, como un poderoso microscopio, permitirá observar el interior de los materiales que componen nuestro mundo para así ser capaces de estudiar cómo se mueven e interactúan sus átomos por dentro y conocer los más variados fenómenos y propiedades donde nuestros ojos no llegan. 

"Usaremos neutrones, partículas presentes en el núcleo del átomo, para ver a través de las cosas. Los neutrones atraviesan el metal como la luz atraviesa el cristal”, dice Petersson

Tras un arduo período de selección del lugar de instalación del proyecto –en la que compitieron las ciudades de Bilbao y Debrecen (Hungría)–, la construcción comenzó en 2014. La fase inicial de operación está prevista para 2019 y, si todo sale como se espera, el programa de usuarios comenzará en 2023.

“Nuestra vida tecnológica cada vez depende más de la ciencia básica –señala a Sinc la bioquímica sueca Sindra Petersson Årsköld, consejera de ciencias que forma parte de los 400 empleados–. La ESS funcionará como un gran microscopio. Pero a diferencia de los microscopios convencionales no utilizará luz o lentes. Usaremos neutrones, partículas presentes en el núcleo del átomo, para ver a través de las cosas. Los neutrones atraviesan el metal como la luz atraviesa el cristal”.

Petersson comenta que “al poder estudiar como nunca las propiedades estructurales de la materia  y sus dinámicos procesos internos, como los intercambios de energía, con este nuevo experimento podremos desarrollar baterías de litio más eficientes para los coches eléctricos. Además, se podrá mejorar el desarrollo de medicamentos y el funcionamiento de los trenes magnéticos. Y con neutrones también podemos penetrar la piedra y ver dentro de huevos fosilizados de titanosaurios hallados en Mongolia sin necesidad de romperlos”, subraya.

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La instalación cuenta con un túnel subterráneo de 537 metros de largo en el que estará instalado el aclelerador. / ESS

Proceso de espalación

Las instalaciones de la ESS ocuparán unas 10 hectáreas (equivalente a 14 canchas de fútbol). Actualmente, la construcción –cuyas obras ha tenido la oportunidad de visitar Sinc– está a más del 35%.

Caminar por su interior –con chaleco, casco, gafas y guantes protectores, después de haber suministrado datos personales y firmado una planilla por si sucede algún accidente– implica prestar atención a cada paso.

Las instalaciones de la ESS ocuparán unas 10 hectáreas, lo que equivale a 14 canchas de fútbol. La construcción está al 30%

Por ejemplo, a lo largo del silencioso y por ahora vacío túnel subterráneo de 537 metros de largo por el que dentro de unos años circularán miles millones de protones generados por dos fuentes de iones. Acelerados por campos magnéticos al 96% de la velocidad de la luz, los pulsos de protones impactarán al final de su viaje por este túnel sobre un blanco, una rueda giratoria de tungsteno.

Será en estas colisiones en las que se producirá el proceso de espalación que le da el nombre a este proyecto: tras una reacción nuclear, por cada protón se generarán 30 neutrones, los verdaderos protagonistas de esta nueva ‘catedral’ de la ciencia moderna, que serán luego distribuidos en 16 instrumentos donde se analizarán las muestras.

“La tecnología necesaria para realizar estos experimentos es tan cara que varios países han tenido que unirse –detalla Petersson–. Suecia podría haberlo hecho sola pero hubiéramos tardado mucho más”.

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España participa en el desarrollo del ‘corazón’ de la ESS, el target o blanco de choque contra el que se dispararán los protones. / ESS

El papel de España

A un coste de 1.843 millones de euros, no se trata de un proyecto de la UE sino de la colaboración de varios países europeos: 15 hasta el momento. Suecia y Dinamarca –los países anfitriones– pagan el 47,5 % de la construcción mientras que el resto de países que integran este consorcio –entre ellos Francia, Alemania, Italia, Reino Unido– se hace cargo del 52,5% restante. España fue el primer país socio de la ESS que firmó la carta oficial de intenciones en la que asumió un compromiso de aportar el 5% para su construcción.

ESS Bilbao participa diseñando y fabricando una sección del acelerador, un gran espectrómetro y el 'target' o blanco de choque contra el que se dispararán los protones

La elección de Suecia como sede de la construcción de la ESS en mayo de 2009 significó una gran decepción para Bilbao, que desde 2006 anhelaba convertirse en un lugar de referencia en el mapa de la investigación y la ciencia.

Aun así, desempeña un rol importante: pese a una serie de recortes presupuestarios, en el centro estratégico de tecnologías neutrónicas ESS Bilbao (en Zamudio, Vizcaya), su plantilla de 60 trabajadores se encuentra diseñando y fabricando siete piezas clave de este proyecto: entre ellas una sección del acelerador (Medium Beam Energy Transport o MEBT), un gran espectrómetro llamado Miracles y en especial el ‘corazón’ de la ESS, el target o blanco de choque contra el que se dispararán los protones.

“El diseño desarrollado por ESS Bilbao consiste en unas 7.000 piezas de un material conocido como Wolframio colocados dentro de una rueda de 2,5 metros de diámetro, comenta a Sinc Sira Cordón, responsable de comunicación de este centro de investigación.

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El mes pasado llegó a la ESS el sistema de criogenia Coldbox de 50 toneladas. Este recipiente enfriará la temperatura del helio líquido a -271 grados centígrados y se usará para mantener la temperatura de las cavidades superconductoras que aceleran el haz de protones. / ESS

“La refrigeración del circuito será por gas helio. Los desarrollos de los trabajos evolucionan favorablemente –añade Cordón–. La comunidad científica española se verá beneficiada por las múltiples aplicaciones que la Fuente Europea de Neutrones por Espalación va a ofrecer para sus investigaciones con materiales en los más diversos sectores: desde el estudio de la eficacia de un detergente a la resistencia de materiales por ejemplo en transportes, la eficacia de las baterías, nuevas terapias contra el cáncer o dosificadores de medicamentos”.

"Con la ESS podremos explorar el espacio interior, abriendo una nueva frontera científica y tecnológica", dice Patrick Stewart de 'Star Trek'

Se espera la visita de más de 2.000 científicos al año para hacer sus experimentos en la ESS, por lo que además se está construyendo el Science Village Scandinavia, un pequeño "pueblo" de 17 hectáreas justo al lado de los límites de la instalación.

El Hubble de la física de neutrones

“Irónicamente, para visualizar los objetos más pequeños de la naturaleza necesitamos construir las instalaciones científicas más grandes del mundo, dice en un vídeo promocional el actor Patrick Stewart, el recordado capitán Picard de Star Trek y una de las caras famosas que buscan darle visibilidad al proyecto.

“ESS es el Hubble de la física de neutrones. Así como el telescopio espacial nos permite ver en las profundidades del espacio, con la ESS podremos explorar el espacio interior, abriendo una nueva frontera científica y tecnológica y conduciéndonos a descubrimientos que cambiarán la manera en que vemos nuestro mundo y que aún no somos capaces de imaginarnos”.

Hallazgos arqueológicos de hace 4.000 y 2.500 años

Aún sin haber comenzado a funcionar esta instalación ya ha deparado la primera gran sorpresa: el descubrimiento inesperado de un antiguo asentamiento de la Edad de Piedra, evidencia de que la gente ha estado viviendo en esta zona de Escandinavia más tiempo de lo que se creía anteriormente.

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Pieza de oro encontrada en una de las 12 tumbas de hace 2.500 años. / Lucas Gölén

Durante el otoño de 2013, unos meses antes de la colocación de la primera piedra, 40 arqueólogos rastrillaron el amplio terreno deshabitado de unos 100.000 metros cuadrados, al noreste de Lund. Con paciencia, los investigadores del Museo de Historia Sueca inspeccionaron cada afloramiento que llamaba su atención.

El pasado no tardó en resurgir: como cuenta el director del proyecto, Magnus Andersson, encontraron restos de los primeros granjeros que habitaron el sur de Suecia entre los años 4000 y 3300 a.C. “Durante la excavación, pudimos discernir las huellas de dos casas de unos 13 metros de largo por seis de ancho –señala el arqueólogo–. Una sobre la otra, indicación de que no existieron al mismo tiempo”.

Los investigadores sospechan que varias generaciones habitaron en estas granjas. Cerca de estas cabañas redondas u ovaladas con una chimenea en el centro se encontraron también restos de unas 14 pequeñas chozas, miles de granos carbonizados –en especial cebada–, huesos de ganado, ovejas, cerdos y ciervos, un cementerio y fragmentos de cerámica con trazas de productos lácteos.

En este sitio, los arqueólogos hallaron también huellas de personas que vivieron en otro período posterior, durante la Edad de Hierro: restos de casas de madera, pozos y unos diez hornos. El asentamiento al parecer tuvo varios ocupantes porque hay indicaciones de que estuvo ocupado entre los años 500 a.C. hasta la era de los Vikingos, alrededor del 1050.

También encontraron unas 12 tumbas pero debido a las duras condiciones de conservación del suelo no se pudo recuperar mucho salvo dientes, anillos de oro y collares con cuentas de ámbar.

Los arqueólogos cuentan los días. Están ansiosos: desean que la construcción de la ESS termine lo antes posible para que todos estos tesoros recolectados y prolijamente catalogados, en especial los granos de hace casi 6.000 años, sean analizados por este súpermicroscopio nórdico, el futuro gigante de la ciencia europea.

Zona geográfica: Europa
Fuente: SINC

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