dilluns, 5 d’abril de 2010

La llum de l'ALBA

Vaig acabar l'entrada dedicada a l'ALBA mencionant que aquest accelerador s'ha construït per ser una font de llum. I aquesta llum té unes característiques que la fan molt diferent a la que ens arriba del Sol.

La llum sincrotró són rajos X (de longitud d'ona comparable a la mida dels àtoms) molt brillants i intensos, es a dir, estan molt més concentrats que els dels aparells de fer radiografies. La llum està polaritzada. Es pot seleccionar longituds d'ona determinades. Es pot emetre en polsos de l'ordre del nanosegon...

El fet que els rajos X tinguin una longitud d'ona d'escala atòmica fa que en incidir sobre les estructures atòmiques es difracti. Quan la llum troba un obstacle (un àtom) l'àtom fa el paper de font de llum.
En aquesta imatge es veu una ona plana (podrien ser rajos X) que incideix sobre dos obstacles (podrien ser dos àtoms), després d'incidir sobre els obstacles, aquests passen a ser emissors.

Com es pot veure les dues ones se solapen, s'interfereixen. En aquesta animació es poden veure dues ones diferents (una de blava i una altra de vermella) que se solapen; la negra és la resultant. Això farà que en alguns punts l'efecte de les dues se sumi i en d'altres es resti. De manera que si es fica una pantalla quedarà un patró d'intensitats que serà caracterísitic de cada tipus d'obstacle.

Exemple de patró de difracció (alumini) (link)

I d'aquí en surt la cristal·lografia de rajos X. A principis de segle XX es va veure l'enorme potència que oferia aquesta tècnica per estudiar les xarxes d'àtoms, inicialment cristalls (xarxes molt ordenades). Les primeres estructures determinades amb èxit van ser les de la sal de taula (NaCl) i el diamant. Amb pocs anys es va entendre perquè el diamant i el grafit tot i ser formats per carboni tenien unes propietats tan diferents. La resposta estava en la manera com estaven enllaçats els àtoms de carboni. I l'espectroscopia va ajudar a veure aquests patrons.
A l'esquerra tenim l'estructura del diamant, és tetraèdrica, enllaços en 3D. A la dreta el grafit format per làmines planes d'hexàgons amb àtoms de carboni en cada vèrtex, enllaços en 2D.

I tot això va ser en menys d'una dècada!!

Quan als anys 50 es va atacar la geometria de la molècula de l'ADN, una de les proves més importants va ser la que provenia dels estudis de dispersió de rajos X fets per la biofísica Rosalind Franklin.

I ara, amb l'ajuda d'ordinadors que donen una capacitat de càlcul inimaginable fa unes dècades i els rajos dels sincrotrons, també inimaginables, els científics s'atreveixen a atacar l'estructura de les proteïnes. Ja que en les proteïnes tant la composició com la seva estructura són rellevants ja que aquesta última permetrà que tinguin lloc o no algunes reaccions químiques.

La llum sincrotró també ajuda en el desenvolupament de nous fàrmacs, en l'estudi d'algunes reaccions químiques que tenen lloc a les cèl·lules...

En els nous materials també és molt important ja que permet estudiar nous aliatges aeroespacials, nous materials per catalitzadors, superconductors i semiconductors i en condicions de temperatura i pressió extremes.

També per estudiar el comportament magnètic en capes primes de materials que serveixen per emmagatzemar informació digital...

Com es pot veure la llista encara s'allarga molt més però tot i això ja és molt extensa. Els sincrotrons del món tenen la feina assegurada.

De moment a l'ALBA obriran 7 línies de llum, cada una d'elles especialitzada en fer diferents estudis. I ja se n'han proposat 8 més.