La frase “Estaba como un niño en una confitería” es probablemente la mejor manera de describir mi reciente visita al Campus de ciencia e innovación de Harwell. Ubicado en la bucólica campiña de Oxfordshire, a unas 60 millas al oeste de Londres, el sitio alberga varios de los Laboratorios Nacionales del Reino Unido, administrados por el Consejo de Instalaciones de Ciencia y Tecnología (STFC). De hecho, una de las mejores partes de mi trabajo es visitar lugares como Harwell y charlar con la gente brillante que trabaja allí.
Además de recorrer varios laboratorios, también entrevisté al físico de partículas. David Newbold, quien es el Director Ejecutivo de Laboratorios Nacionales de Ciencia y Tecnología del STFC. Puede escuchar esa amplia entrevista en un próximo episodio del Mundo de Física Semanal podcast.
Pero primero, voy a dedicar una serie de blogs a las instalaciones que visité en Harwell. En primer lugar está la Fuente de Neutrones y Muones de ISIS, donde me ofrecieron un recorrido fascinante. Felipe rey, alison oliver y Russell Ewings.
Dos objetivos
King se apresuró a señalar que ISIS no es sólo la primera fuente de espalación utilizada para la ciencia de neutrones, sino que es la única fuente de espalación que emplea dos objetivos. Quizás se pregunte qué es una fuente de espalación, pero retrocedamos un poco y exploremos por qué los haces de neutrones (y, de hecho, los muones) se utilizan en una amplia gama de ciencias.
Los neutrones creados en ISIS y otras instalaciones científicas de neutrones se mueven lentamente y, por lo tanto, tienen longitudes de onda de De Broglie que están a la par con las distancias entre átomos adyacentes en líquidos y sólidos. Como resultado, los haces de estos neutrones se pueden utilizar en estudios de difracción de la estructura de materiales. A diferencia de los rayos X con longitudes de onda comparables, los neutrones pueden viajar mucho más lejos en la mayoría de los materiales, por lo que son una sonda más eficaz para determinar las propiedades en masa.
Los neutrones también pueden chocar con los átomos de una muestra e intercambiar energía, lo que significa que pueden investigar las propiedades vibratorias de la materia. Es más, los neutrones también interactúan magnéticamente con los materiales, por lo que pueden investigar propiedades magnéticas.
Decaimiento direccional
¿Y los muones, para qué sirven? Los muones son partículas subatómicas con espín magnético. Cuando se implantan en una muestra, los espines de los muones se ven afectados por las propiedades magnéticas locales del material. Luego, los muones se desintegran en un positrón, que es emitido por la muestra en una dirección que indica el giro del muón. Por tanto, al detectar los positrones emitidos, se obtiene información sobre las propiedades magnéticas de la muestra.
En ISIS, los neutrones y muones se crean disparando pulsos de protones de 800 MeV a objetivos sólidos y los protones se crean mediante un acelerador sincrotrón en el corazón de la instalación. Según el SFTC, en ISIS se realizan unos 1200 experimentos al año. En ellos participan unos 3000 investigadores del Reino Unido y de todo el mundo, y dan lugar a unas 600 publicaciones al año.
Las instalaciones científicas de neutrones como ISIS tienen un lugar especial en mi corazón porque hace una vida, cuando era estudiante de física, pasé un verano glorioso en el Laboratorios Chalk River – que en 1988 estaba dirigida por Energía Atómica de Canadá (AECL). Ubicado en la orilla del río Ottawa y en el borde de la naturaleza canadiense, Chalk River albergaba la División de Física de Neutrones y Estado Sólido de la AECL. La rama ha incluido a algunos de los científicos de neutrones más eminentes del mundo, algo de lo que admito que no me di cuenta cuando llegué por primera vez.
No creo que haya logrado mucho científicamente ese verano. Sin embargo, tuve suerte porque mi supervisor en la Universidad de Guelph, el pionero de la dispersión de neutrones Peter Egelstaff, me permitió ayudar con algunas de las otras investigaciones que se estaban realizando en la fuente de neutrones del Reactor Nuclear Universal (NRU) de Chalk River.
Algunos de mis recuerdos más preciados incluyen la rotación de un gran componente industrial en un haz de neutrones para buscar defectos y el aprendizaje de cómo se utilizan los neutrones para estudiar membranas biológicas. Como descubrí en Harwell, ambas cosas –y muchas más– se hacen hoy en día en ISIS.
Pero una de las mejores partes de estar en Chalk River fueron las pausas para tomar té y café en grupo, a las que la asistencia era obligatoria. Ese verano, el tema candente de discusión en estos recesos fueron los méritos relativos de las fuentes de neutrones por espalación en comparación con las fuentes de reactores como NRU. Recuerdo que a los estudiantes nos explicaron cuidadosamente el proceso de espalación, y hasta el día de hoy tengo presente que el término se deriva de la palabra "spalación", que significa socavar algo.
Durante mi visita a Harwell, me enteré de que apenas unos años antes de mi estancia de verano en Chalk River, ISIS se había abierto como la primera fuente de espalación del mundo para la ciencia de neutrones. Supongo que en 1988 se publicaron los primeros artículos científicos de ISIS, lo que despertó el interés de la comunidad mundial de neutrones. Entonces, 35 años y una visita a ISIS después, ahora sé por qué la espalación fue un tema tan candente ese verano en las orillas del río Ottawa.
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- Fuente: https://physicsworld.com/a/neutrons-and-muons-isis-provides-both-for-a-wide-range-of-science/
