El Año Internacional de la Luz es el año dedicado a dar visibilidad
a los temas que tienen que ver con la luz
y con las tecnologías basadas en la luz.
Naturalmente, el sincrotrón, que emite luz de sincrotrón,
la luz de sincrotrón es una parte del espectro electromagnético
que comprende, también, la luz visible.
Cuando se habla de luz,
no se habla sólo de la luz que detectan nuestros ojos,
la luz visible, sino también, la luz que nuestros ojos no detectan,
pero detectan otros detectores que son los que tenemos,
por ejemplo, en el sincrotrón.
ALBA es el sincrotrón español.
Es una de las instalaciones científicas más grandes
que hay en España.
Es una infraestructura que sirve para producir luz de sincrotrón.
Está basada en un gran acelerador,
un acelerador que es, propiamente, el sincrotrón,
que acelera electrones;
los electrones cuando pasan por campos magnéticos,
si tienen muy altas energías, emiten luz,
y esta luz es la luz de sincrotrón
que se utiliza luego para el estudio de la materia.
La luz se extrae y se pasa a líneas experimentales,
cada una de ellas dedicada a una técnica diferente
y a comunidades diferentes, y allí llegan los usuarios,
con sus muestras de materia que quieren estudiar,
son iluminadas por la luz y, luego, ellos, de allí recogen
los datos para sus estudios y sus análisis posteriores.
El tipo de usuarios que tenemos aquí pueden ser académicos o industriales.
Estos usuarios usan las siete líneas
del laboratorio de luz de sincrotrón que tenemos aquí,
y para hacerse una idea del volumen que tenemos,
el año pasado vinieron unos mil usuarios académicos;
es un volumen bastante importante,
de los cuales un tercio, aproximadamente, son extranjeros.
Eso nos permite, también,
mantener un nivel bastante alto de competitividad a nivel científico.
Además, tenemos usuarios industriales.
Estos usuarios industriales
utilizan los desarrollos tecnológicos que tenemos aquí
y estos laboratorios para hacer su investigación.
Por ejemplo, tenemos farmacéuticas,
tenemos aquí el caso de Almirall, Enantia, Crysforma,
que utilizan estos laboratorios para hacer difracción de cristales
y poder acelerar su desarrollo de medicamentos.
Tenemos contratos con empresas multinacionales, como Henkel,
que desarrolla adhesivos y, también,
utiliza una forma industrial para su beneficio en este laboratorio.
Aquí lo que hacemos es, exactamente,
copiar el concepto óptico de microscopio visible,
pero con radiación de longitud de onda corta,
para poder aumentar el poder de resolución
y poder ver células con un nivel de resolución
mucho más grande que la luz visible, como es una resolución
del orden de 20 nanómetros, 30 nanómetros, que es muy grande.
Y eso permite ver detalles
que no se ven ni muchísimo menos con luz visible, por ejemplo.
Aquí se estudian muy a menudo células infectadas,
por ejemplo, con virus.
Y se estudia, dentro del virus, si tienen DNA o no tienen DNA,
por ejemplo, a ver si el virus ha soltado su DNA interno o no.
O se estudian células infectadas con otras cosas, por ejemplo,
células de hepatitis C, y se observa, por ejemplo,
el cambio de morfología interno de la célula,
comparando la infectada con la sana.
Estamos delante de una cavidad de radiofrecuencia,
que es uno de los componentes más importantes del acelerador,
porque es el encargado de acelerar los electrones,
acelerar las partículas
que están continuamente circulando en el acelerador.
La manera de funcionar se llama cavidad resonante,
porque amplifica la potencia de entrada que le llega.
La potencia de entrada le llega por aquí,
y estas cavidades lo que hacen es amplificar la potencia
y variar su sentido, es decir, positivo o negativo,
a un ritmo de 500 millones de veces por segundo.
De manera que, cuando la partícula entre en esta cavidad
reciba el campo eléctrico positivo adecuado para acelerarla,
lo mismo suceda en esta subcavidad, y así hasta cinco veces.
De manera que la partícula, cuando atraviesa esta cavidad,
recibe una ganancia de energía que se amplificará,
porque cuando da una vuelta al acelerador, vuelve a entrar aquí,
en la fase correcta, y vuelve a recibir otra ganancia.
Ésta es la manera de acelerar en el "booster",
esto sucede 160 mil veces en un segundo,
y la energía que gana pasa unas 30 veces,
de 100 megaelectrón-voltios (MeV) a tres gigaelectrón-voltios (GeV).
Sincrotrones hay muchos en el mundo,
parecidos a ALBA hay una docena repartidos en todo el mundo,
en América, en Asia, en Europa,
y ALBA es uno de los últimos que ha entrado en funcionamiento.
Hay ahora otros que se están construyendo.
Usuarios de sincrotrones hay miles y miles en el mundo,
científicos que vienen de la comunidad de biología,
de ciencia de materiales, de los químicos,
del patrimonio cultural, los que estudian el ambiente,
por lo tanto, da muchísimas posibilidades.
Hay otros sincrotrones también,
que no se utilizan para la luz de sincrotrón
y que se utilizan para hacer estudios de física fundamental,
haciendo colisionar partículas contra partículas,
como es el Sincrotrón de Ginebra, el CERN.
El CERN es un laboratorio europeo, es también español,
España participa también en los estudios
y en la financiación del CERN,
y allí lo que se hace es el estudio de física fundamental,
en vez de acelerar electrones se aceleran protones.
Los usuarios públicos acceden al sincrotrón
a través de unas llamadas o convocatorias
que hacemos dos veces al año,
donde presentan sus propuestas
y tienen que hacer una pequeña descripción
de lo que quieren medir aquí.
Estas propuestas son evaluadas por un comité internacional
y básicamente se evalúan en función de su calidad científica.
Este comité internacional hace un ranking y sólo y exclusivamente
las que están en la parte superior, tienen mejor calidad científica,
son las que acceden a este sincrotrón.
De esta forma nos aseguramos de que,
la investigación que se produce aquí es de alta calidad.
Nos encontramos en la sala de control del acelerador,
desde aquí se controla todo el sistema de aceleración de ALBA
y está siempre, permanentemente,
24 horas al día, siete días a la semana,
con un mínimo de dos operadores y gente que realizamos
tareas de mejora y control del acelerador.
En este caso, lo que aquí estamos haciendo,
se controla que el haz esté en las condiciones adecuadas
para dar un servicio óptimo a los usuarios.
Sobre todo, lo que nos interesa es el control de la órbita,
porque la órbita del haz tiene que ser siempre muy regular,
tiene que ser muy estable, muy controlada,
de manera que los rayos X producidos
por los dispositivos de inserción magnéticos
produzcan siempre el mismo haz de fotones en la muestra.
Aquí, la célula gira dentro de los rayos X,
se van adquiriendo imágenes a diversos ángulos
y, luego, se hace una reconstrucción tridimensional
que permite ver la estructura tridimensional.
Se ve, por ejemplo, cómo ciertas células
están rotas, disociadas o hay tubos.
Se ven las mitocondrias,
se ven muchas partes internas de la célula,
con un nivel de detalle que no se ve habitualmente.
Y por eso esta línea tiene mucho éxito
y estamos muy satisfechos de lo que está produciendo.
Hay también otros sincrotrones que se utilizan para cura de tumores.
Son los sincrotrones que aceleran protones o iones de carbonio,
y en vez de utilizar estas partículas
para hacerlas chocar contra otras partículas,
lo que se hace es extraerlas del sincrotrón,
extraerlas con una energía muy bien definida
y llevarlas al punto donde está el paciente con el tumor,
pintar con este haz de partículas el tumor,
matar las células cancerígenas
y curar así tumores que no se pueden curar de otra manera.
Una cosa también interesante es la siguiente:
si veis el aspecto del microscopio,
no tiene nada que ver con el aspecto del microscopio óptico
de los que se ponen encima de una mesa
y se enciende la bombilla y se mira.
Y esto es porque los microscopios ópticos
funcionan con lentes refractivas,
como los telescopios de Galileo y estas cosas.
Son vidrios, como las lupas, digamos,
vidrios que a partir de la refracción de la luz visible
hacen magnificación de las imágenes.
Eso resulta que no funciona con los rayos X;
los rayos X no pueden atravesar un vidrio
y hacer una magnificación de la imagen, porque se absorben.
Entonces hay que hacer unas lentes especiales,
que se llaman "zonas de Fresnel", que son lentes muy, muy pequeñas,
y hechas en laboratorios de microelectrónica,
que permiten hacer lo mismo
que hacen las lentes de los microscopios ópticos, pero aquí.
Aquí la lente, que está aquí dentro,
es una lente que tiene 0,3 milímetros de diámetro sólo,
es muy, muy pequeña, es muy difícil de hacer;
se hace en salas blancas y tiene una serie de propiedades
que no explico en detalle porque es un poco complicado,
pero es de las cosas originales de este tipo de instrumentos,
es lo que lo hace costoso y sofisticado.
Esto es una celda base del acelerador.
El acelerador se compone de 16 veces una celda de éstas.
En estas celdas lo que vemos son los imanes
que son los que controlan el movimiento de las partículas,
controlan la focalización y su posición.
En este caso tenemos cuadrupolos, sextupolos y dipolos.
Los cuadrupolos tienen cuatro polos, cuatro puertos aquí,
cuatro bobinas, cuatro electroimanes;
los sextupolos tienen seis y los dipolos tienen dos.
Los dipolos son los que curvan la trayectoria de los electrones.
Los electrones, al ser partículas cargadas,
cuando reciben un campo magnético se curvan y producen fotones,
pero los fotones no tienen carga eléctrica,
de manera que viajan rectos,
y son esos fotones los que utilizarán las líneas
para hacer sus experimentos los usuarios.
Los fotones saldrían por aquí, en línea recta,
después de ser producidos por el imán dipolar,
mientras que los electrones siguen la trayectoria curva
y salen por esta cámara de vacío,
de manera que aquí vemos las dos cámaras de vacío
que distinguen el paso de los electrones y de los fotones.
El sincrotrón ALBA es una instalación pública,
financiada 50% por la Generalitat y 50% por el gobierno español.
Fue aprobado en el 2003, en el 2006 se empezó a construir
y en el 2012 empezaron a llegar los primeros usuarios públicos.
Nosotros, aquí en el sincrotrón,
somos unas 180 personas que comprenden científicos,
ingenieros, técnicos, ingenieros de computación,
ingenieros mecánicos,
científicos de muchas características,
hay biólogos, químicos, físicos...
Nosotros acogemos los usuarios que vienen de fuera,
los usuarios son usuarios académicos,
que vienen de instituciones de investigación pública,
de universidades, y tenemos unos mil usuarios al año, ahora.
Aquí lo que necesitamos y hacemos
son desarrollos específicos para el laboratorio de sincrotrón;
son desarrollos que no existen en el mercado
y que nuestros ingenieros lo tienen que hacer para
resolver los problemas técnicos
y desarrollar las técnicas de sincrotrón que tenemos aquí.
Estos desarrollos son muy innovadores
y se pueden transferir a las empresas,
que lo pueden fabricar y lo pueden comercializar.
Esto es otra parte muy importante,
no solamente lo que es el uso de los laboratorios de luz
que es el objetivo fundamental,
pero también estos desarrollos innovadores
que se transfieren a la industria
y que hacen que la industria española sea más competitiva,
pueda ganar concursos internacionales
y pueda suministrar equipamiento científico internacional.
Somos un sincrotrón muy nuevo y, por lo tanto,
ofrecemos algunas de las técnicas más avanzadas
que hay en este momento en el mundo,
y luego ofrecemos técnicas
que se encuentran en todos los otros sincrotrones parecidos,
y los usuarios españoles
utilizan también los sincrotrones de otros países.
Por lo tanto, es una comunidad muy abierta
es importante que haya comunicación
entre la comunidad científica nacional
y la comunidad científica internacional.
Una línea muy importante que tenemos,
que se llama de difracción de proteínas,
trabaja con lo que se llama el fenómeno de la "difracción",
que es distinto a esto.
No es una cosa de radiografías y de absorción,
sino que es de difracción.
Quiere decir lo siguiente:
uno tiene un cristal, para eso se necesita un cristal,
se ilumina con rayos X de longitud de onda muy bien definida
y que sea, más o menos,
comparable a la distancia entre los átomos del cristal,
y entonces, un haz, que inicialmente era un haz sólo,
al atravesar el cristal se desdobla en miles de haces.
La intensidad de cada uno de esos haces
lleva información sobre la estructura del cristal.
Eso es lo que se llama la difracción,
que es lo que se descubrió hace unos cien años o así,
cuando al poco de descubrir los rayos X.
Analizando la intensidad de cada una de estas manchas,
con las que se desdobla el rayo incidente,
que se proyectan en un detector,
se puede reconstruir la estructura interna del cristal,
es decir, determinar las posiciones de los átomos dentro del cristal.
Eso es lo que se llama "cristalografía de proteínas"
y es una de las técnicas más importantes
para la radiación sincrotrón.
La gráfica que veis abajo son las pérdidas,
el haz va teniendo esas pérdidas cada segundo,
que son las que luego vemos en la corriente de arriba.
Este decaimiento nosotros lo localizamos
con los dispositivos de pérdida del haz, que es la gráfica de aquí.
Tenemos dispositivos de pérdidas del haz
distribuidos en toda la máquina.
Cuando vemos que hay más pérdidas en un sitio que en otro,
o que son anormales,
es cuando los operadores tienen que interactuar
para corregir el funcionamiento del acelerador,
pero, mientras, está todo automatizado
y el trabajo es, sobre todo, de vigilancia.
El acelerador está funcionando en lo que llamamos "top up"
que es un rellenado automático
que sucede, en este caso, cada 20 minutos,
y eso nos permite que la carga térmica
en todos los componentes del acelerador y en los experimentos,
sea la misma.
De manera que los espejos, los monocromadores,
todos estos componentes que son básicos
para que los experimentos se realicen con éxito,
no sufran deformaciones.
De manera que, ahora, está sucediendo una inyección,
el "Linac", que es el primer inyector,
se ha puesto en marcha,
y ahora lo que hemos visto es que hemos pasado,
esto significa el pico de inyección del acelerador,
del inyector, del "booster".
El haz se ha creado en el Linac,
se ha acelerado hasta los tres gigaelectrón-voltios (GeV),
que es la energía de trabajo del haz,
y hemos pasado de 98,5 a 100 milliamps,
entonces, este 2% es el que permite dar esta estabilidad térmica
a los experimentos.
Otras cosas, aquí se ve la gráfica azul,
nos está mostrando la intensidad,
de manera que vemos este pequeño rizado,
que es este pequeño decaimiento
más el rellenado automático cada 20 minutos.
Y allí lo que vemos es
la imagen que estamos controlando del haz de electrones.
Esa imagen representa el haz de electrones,
tiene un tamaño de unas 60 micras horizontal y 30 micras en vertical
y todos estos dispositivos, si el tamaño del haz varía,
es cuando los operadores tienen que realizar alguna acción
para corregir el funcionamiento del acelerador.
Lo que aquí se hace es iluminar las muestras que se quieren estudiar
con fotones de una energía bien precisa,
lo que se llaman "monocromáticos",
y se recogen los electrones que estos fotones arrancan
cuando son absorbidos por el material.
Lo que se hace a continuación es medir la energía cinética,
es decir, la energía de movimiento
de los electrones arrancados,
y con eso, se puede saber
de qué átomo proceden los electrones arrancados.
Es decir, uno aquí tiene una técnica analítica,
porque tiene sensibilidad química,
uno puede saber si los electrones arrancados vienen del aluminio,
del hierro, del oxígeno, del carbono,
porque mide su energía cinética;
eso es lo que se llama la técnica de "fotoemisiones".
Aquí, los electrones que emite la radiación sincrotrón
describen hélices, como un muelle, trayectorias helicoidales,
sea hacia la derecha o hacia la izquierda,
porque hay las dos roscas,
puede ser un muelle de derechas o un muelle de izquierdas.
Lo que resulta de esto es que la radiación sincrotrón emitida
tiene lo que se llama "spin", es decir, efecto,
es como si los fotones giraran,
como cuando uno chuta una pelota de fútbol
y se pone a girar sobre sí misma,
o sea, los fotones aquí tienen "spin".
¿Para qué sirve eso?
El "spin" es momento angular, son las cosas que giran,
entonces resulta que un material magnético, por ejemplo, el hierro,
o el cobalto, o cualquier aleación magnética,
los electrones o, al menos, algunos electrones de los átomos,
tienen un "spin" neto, "no compensado" que se llama.
Uno se tiene que imaginar
que de toda la distribución de electrones,
hay uno o unos pocos que están girando en una dirección determinada,
entonces, claro, si el "spin" de la luz es paralelo,
gira de la misma manera que el "spin" de los electrones,
la interacción, por ejemplo, la absorción,
es distinta que si gira al revés;
es como si uno tiene una pelota que gira hacia derechas,
si choca contra otra que está girando hacia izquierdas,
la trayectoria de salida es distinta
que si las dos tienen el efecto la misma dirección.
A esto se le llama "dicroísmo en fotoemisión"
y se utiliza para estudiar
las propiedades magnéticas de los materiales.