diumenge, 11 d’abril de 2010

El sincrotró ALBA. Un microscopi gegantí


Des que es va inaugurar el sincrotró Alba, la premsa en general ens n'ha parlat molt, provant de fer-nos entendre, jo diria que amb poc èxit, què és el sincrotró. Això si, alguns conceptes han quedat prou clars: es tracta d'un microscopi gegantí que ha costat més de 200 milions d'euros i que hauria d'actuar com un imant (sentit figurat) per les empreses on la R+D+I tingui un paper preponderant en el desenvolupament del seus productes. Tant mateix, farà venir molta matèria gris a la zona, diu que gairebé 1000 científics se hi podrien aplegar amb un plaç de temps raonable.

Ara bé, perquè diuen que es tracta d'un microscopi gegantí? Dieu-me agosarat, però em prendré la llicencia d'intentar explicar-ho, a veure si així també ho puc entendre jo. Per aquell que no se'n recordi, pot ser li caldria repassar el concepte de longitud d'ona, crec que amb això n'hi haurà prou, espero.

Els antics grecs pensaven que l'àtom era la partícula més petita en que es podia descompondre la matèria, de fet, aquest és precisament el significat de la paraula àtom (del llatí atomum, i aquest del grec ἄτομον, sense parts). Encara molt temps després, fins fa gairebé quaranta anys, es pensava que els protons i els neutrons (que composen l'àtom) eren les partícules elementals. Llavors, experiments en que es feien xocar a alta velocitat protons amb altres protons o amb electrons indicaren que, en realitat, aquests protons i neutrons estaven formats per partícules encara més petites que el físic Murray Gell-Mann va denominar “quarks”, de tal manera, que cada protó o neutró està constituït per tres quarks. Actualment sabem que ni els àtoms ni els neutrons ni els protons, son indivisibles. Així que la qüestió és: quines son les verdaderes partícules elementals, les autèntiques totxanes amb les que estan fetes totes les coses, tota la matèria?

Quan parlem de partícules tant petites no podem parlar mai d'observacions directes, com qui veu un mosquit fixant-s'hi molt bé o com qui veu un bacteri a la sang amb una placa al microscopi. Per assegurar la existència d'una partícula, el que fem és observar-ne els seus efectes, la seva velocitat, posició, etc. La manera obvia (per un científic) de fer-ho, és il·luminar-la. Algunes de les ones lluminoses seran dispersades per la partícula i això ens indicarà la seva posició. Arribats a aquest punt, no ens queda més remei que introduir el concepte de “longitud d'ona”. Aquí, quan parlem d'il·luminar no estem pensant en apuntar a la partícula amb un lot i esperar que passi alguna cosa. No podrem ser capaços de determinar la posició d'una partícula amb major precisió que la distància entre dos crestes consecutives de l'ona lluminosa que estem emprant per il·luminar-la. Necessitarem llum de molt curta longitud d'ona per poder determinar la posició d'una partícula amb precisió. Donat que la longitud d'ona de la llum és molt més gran que la mida d'un àtom, no podem esperar que aquesta llum ens permeti mirar-lo (en el sentit d'observació indirecta) de manera normal i veure'n les parts que el composen al il·luminar-lo amb ones de llum, llum diguem-ne normal, el que tothom coneix per llum.

Per tant, amb quina llum (ona lluminosa) hem de il·luminar aquesta partícula desconeguda per poder-ne determinar la seva posició i per tant la seva existència? D'on podem treure aquesta llum? El que si podem avançar es que l'obtenció d'aquesta ona lluminosa requereix d'una gran quantitat d'energia.

La mecànica quàntica estableix que totes les partícules son en realitat ones (dualitat ona-partícula) i que quan major sigui l'energia d'una partícula tant més petita serà la longitud d'ona de la seva ona corresponent i per tant més capacitat d'observació tindrem i més petites seran les partícules que podrem “veure” Així que necessitarem algun sistema capaç de fer guanyar energia a partícules conegudes (per exemple electrons) per generar una ona lluminosa amb una longitud d'ona prou petita com per il·luminar partícules desconegudes més petites i determinar-ne la seva posició i velocitat i com a conseqüència d'això deduir-ne la seva existència.

Qui no s'hagi perdut a través de la meva enrevessada explicació (cosa que dubto), potser ara estarà en condicions de entendre quin és el sentit del sincrotró. Un sincrotró està format de tres parts: canó d'electrons, propulsor i anella d'emmagatzematge. El canó d'electrons genera un feix d'electrons que s'accelera en la segona part: el propulsor. Un cop accelerats fins a una velocitat propera a la de la llum, aquests electrons passen a la tercera part del sincrotró: l'anella d'emmagatzematge, d'uns 90 m de diàmetre. Es faran circular durant hores per l'anella a una velocitat constant. Quan els electrons circulen per l'anella descrivint una corba, emetent llum de gran intensitat, de longituds d'ona que van des d'allò visible fins als raigs X. Aquesta radiació emesa o llum de sincrotró, que té les característiques de longitud d'ona de les que parlàvem aigües amunt, es direcciona cap a les estacions de treball on els científics podran descobrir noves partícules o analitzar-ne el comportament de moltes altres ja conegudes. Òbviament podran fer moltes coses més i molt més interessants que jo no soc capaç ni de tan sols imaginar.

Ara podríem contestar la pregunta que hem deixat pendent al principi: quines son les verdaderes partícules elementals, les autèntiques totxanes amb les que estan fetes totes les coses, tota la matèria? La millor resposta que podem donar és que depèn de la intensitat de l'energia que puguem comunicar a les partícules, perquè això determinarà la escala de longituds a la que podem “mirar”. Es a dir, quan més energia li donem a una partícula en el sentit en que ho fa el sincrotró al actuar com accelerador de partícules, més petita serà la longitud d'ona de la llum que radiarà i més ens podrem apropar al cor de la matèria al ser capaços d'il·luminar altres partícules cada vegada més petites.

Dit de manera més planera, necessitem sincrotrons capaços de comunicar energia a les partícules, de tal manera, que aquest guany d'energia provoqui una radiació lluminosa capaç de il·luminar partícules molt més petites i així endinsa'n-se a les entranyes de la matèria, tant com sigui possible i intentar contestar un altra pregunta: És la matèria infinitament petita o trobarem una partícula que sigui la més petita de totes?

5 comentaris:

  1. Quina diferencia hi ha entre el el Sincotro Alba de Cerdanyola i el CERN de Suissa??? Serveixen pel mateix.? Tots dos son acceleradors de particules. Ja que t'expliques molt be... igual ens ho sabries explicar. Jo ho he mirat per "interné" pero no m'aclaro. Entre el bosson de Higgs i l'origen de la massa i les particules elementals, ja no m'aclaro. I tambe suposo que per algo mes han de serivir tans milions d'inversio com per veure l'origen de l'univers. Suposo.....

    ResponElimina
  2. Es prou interessant el comentari que fa el Josep Perera pel que fa a la diferència entre els dos acceleradors. Et puc dir que, d'entrada, la principal diferència és la potència a la que treballen. En el Alba estaríem parlant de Giga-Electronvolts mentre que en el CERN està previst arribar als 14 Tera-Electronvols al 2012 (del ordre de 1000 vegades més potència). Tot i que tots dos acceleren partícules, el sincrotró Alba està pensat perquè aquesta acceleració produeixi una llum d'una longitud d'ona suficientment petita, perquè degudament canalitzada als diferents laboratoris perifèrics pugui ser amprada per observar altres partícules amb el seu estat natural, i per tant té una utilitat més adient a la industria, que permetrà desenvolupar noves tecnologies i materials. D'altra banda l'accelerador de Suissa està pensat per accelerar partícules i ferles col·lisionar, provocant o reproduint el que va passar en la creació de l'univers fraccions de segons després del seu inici. En aquell moment (teòricament) es va crear el famós bosson de Higgs, partícula capaç de transmetre massa a les que no en tenen i que no es va conservar. Si a tot això li sumem que aquest accelerador triga un mes en escalfar-se i un altre en refredar-se després de fer-lo funcionar, és evident que tindrà aplicacions més abocades a la ciència que a la industria.

    Josep Maria Badia

    ResponElimina
  3. Trobo que aquesta entrada ens ha solucionat més que un dubte a tots els lectors i a d'altres simplement els ha informat d'algo que no sabien. Sigui quina sigui la utilitat que se l'hi ha donat a la teva entrada, trobo que has sigut capaç d'explicar una cosa ben complicada a persones que no s'entenen amb la tecnologia i la ciencia, o aixó espero. Apart de aixó trobo molt ben escullit el tema. Així doncs em veig obligat a dir que crec que és la teva millor entrada i amb diferencia i també dir que es noten les teves ores davant l'ordenador per a facilitarnos la comprenssió de coses com aquestes. Et felicito novament per una entrada tant fabulosa. Papa espero que el teu numero de seguidors augmenti, ja que t'ho mereixes XD.

    ResponElimina
  4. Molt bó, Josep Mª, un article moooolt bo!!!

    M'he quedat sense paraules.




    Roger Bernad.

    ResponElimina
  5. La principal diferència és que el sincrotró ALBA accelera electrons per tal d'obtenir llum de sincrotró. En canvi al CERN s'acceleren protons, i amb la finalitat de fer-los collisionar.

    ResponElimina