Rayos X para descudriñar el nanocosmosUniversidad Industrial de Santander

6 de Abril de 2013

Fisicoquimica

Por: Danilo Burgos Ortega En: Investigacion y Ciencia, Rayos x para descudriñar el cosmos. J unio de 2012. N°429. Pags: 76-81Por: Gerhad Samulat

Desde que iniciaron las primeras ponencias en el campo de la mecánica cuantica en el siglo pasado, científicos de todo el mundo se han preocupado por obtener respuestas que soporten las bases de la fisica actual.

Así entonces, miles de millones de dólares se han invertido en centros para la investigación como el proyecto CERN (en Suiza), el ALBA (en Barcelona)... en aras de poder estudiar y encontrar solución a tantos interrogantes sobre la estructura de complejos moleculares, la cinetica de las reacciones y el origen del mismo universo.

Para ello se ha heco necesario emplear todos los avances tanto tecnlogicos como cientificos, por ejemplo en cuanto a parte teorica el empleo de la teorias electromagnetica, la fisica relativista, conceptos de luz y optica, la estructura de los materiales, y ya como parte tecnologica el uso de los fuentes de luz como sicrotrones1 y láseres de electrones libres2, equipos computacionales y todo el recurso tecnico disponible.

Dentro de los proyectos que ambicionan tales estudios y del cual implica este texto, actualmente se construye el Láser de electrones libres de Rayos X Europeo o XFEL, en Hamburgo Alemania. Este proyecto empazará a fucionar en el año 2015 Dicho acelerador mide 2.1 Km

En primer lugar, un acelerador comunica energía a los electrones hasta que alcanzan velocidades cercanas a la de la luz.Luego las particulas luevo las particulas se dirigen hacia un dispositivo magnetivo denominado ondulador (ver figura 1). Allí , una sucesion de imanes con polos alternados generan un campo oscilatorio que hace que los

1 Sincrotrón: es un acelerador de electrones. Los electrones se mantienen en un anillo circular por el campo magnético y producen Rayos-X tangencialmente a su trayectoria. Aceleradores de cuarta generación

2 Láser de electrones libres: Son aceleradores de cuarta generación. es un láser que comparte las propiedades ópticas de láseres convencionales, es decir, la emisión de un haz coherente de radiación electromagnética que puede alcanzar una alta potencia, En lugar de excitar electrones a diferentes niveles de energía atómicos o moleculares, un FEL usa un haz de electrones acelerados a velocidades relativistas como medio activo para generar el láser.

Figura 1

electrones se muevan en zig-zag. Como toda carga electrica acelerada emite ondas electromagneticas. Un detalle crucial de esta implementación es que la radiación de los rayos x producida por los electrones se encuentra desfasada, pero luego que atraviezan el ondulador las ondas se superponen hasta formar una radiación de rayos x coherente. Después, los electrones son desviados por un imán y <<eliminados >>.

Hasta ahora se ha dicho algunas caracteristicas del funcionamiento del XFEL; sin embargo falta mencionar algunas caracteristicas de los rayos X y sus futuras aplicaciones:

Tienen longitudes de onda entre 0.01 y 1 nm, en el proyecto oscilaran entre los 0,014 y los 1,6 nm.

Un láser de rayos x nos permitiria observar el momento de una reacción quimica, tomar imágenes en pocos femtosegundos de duración y combinarlas para formar una suerte de película; ¡debido a que la mayoría de la reacciones químicas ocurren a escalas de ese orden 10-15 s.!

Sus haces de rayos X permitirán descifrar los detalles atómicos de células y virus como el mimivirus, para el cual será necesario primero obtener un cristal de la molécula, pero tal vez en un futuro se pueda realizar el experimento con una célula viva.