Pequeñas partículas que se aceleran casi a la velocidad de la luz y luego se hacen chocar. Destellos de luz superbrillantes que los investigadores pueden utilizar para observar la estructura molecular de la materia. Para muchos, los procesos que tienen lugar en el centro de investigación DESY en Hamburgo-Bahrenfeld son difíciles de imaginar. La instalación, fundada el 18 de diciembre de 1959, con sus tubos aceleradores, es hoy una de las instalaciones más importantes del mundo para la investigación de la materia. En DESY, científicos de todo el mundo buscan los componentes básicos del mundo, decodifican moléculas de proteínas o analizan materiales con propiedades completamente nuevas.
En 1959, los ministros federales Siegfried Balke (izquierda) y Max Brauer firman el acuerdo por el que se crea DESY en Hamburgo.Fue el pistoletazo de salida para una de las instituciones más importantes del mundo para la investigación de las partículas más pequeñas:el 18 de diciembre de 1959, el entonces alcalde de Hamburgo, Max Brauer, y el ministro federal de Energía Nuclear y Gestión del Agua, Siegfried Balke, firmaron un acuerdo estatal. Tratado en el Ayuntamiento de Hamburgo para la fundación de la "Fundación Alemana de Sincrotrón de Electrones", abreviada como DESY. El proyecto es innovador:en aquella época los aceleradores de partículas sólo estaban disponibles en unos pocos países, entre ellos EE.UU. Se espera que el sistema cueste 100 millones de marcos alemanes, de los cuales el 90 por ciento correrá a cargo del Ministerio Federal y el diez por ciento de la ciudad de Hamburgo.
En busca de las partículas más pequeñas
¿Pero por qué todo el esfuerzo? Los investigadores habían descubierto que hay muchos más componentes diminutos de materia de lo que se pensaba anteriormente. Se habla de todo un "zoológico de partículas". Desde finales de los años 50, los investigadores alemanes quisieron buscar los componentes más pequeños de la materia. La instalación se construirá en Hamburgo-Bahrenfeld, en un lugar que en el pasado sirvió como plaza de armas y aeropuerto militar.
1964:Comienza la investigación en el "zoológico de partículas"
Se necesitarán más de cuatro años para que la enorme instalación esté operativa. El 25 de febrero de 1964, poco antes de medianoche, finalmente había llegado el momento:un puñado de físicos se agolpaban en la sala de control del nuevo acelerador de partículas. Los investigadores pulsan el interruptor decisivo y poco después pueden celebrar:la primera corriente de electrones zumba unas 8.000 veces a través del tubo de vacío circular del acelerador. DESY entrará oficialmente en funcionamiento pronto. Los electrones corren a través del tubo casi a la velocidad de la luz y grandes electroimanes los mantienen en su órbita. Los investigadores dejan que los electrones choquen frontalmente cuando han absorbido suficiente energía. La colisión crea partículas de vida corta, pequeños bloques de materia. Los detectores los hacen visibles para los investigadores.
Más aceleradores seguirán a DESY
El acelerador DESY, que todavía da nombre a todo el centro de investigación, es sólo el comienzo. A lo largo de las décadas se construyeron más aceleradores:se llaman DORIS, PETRA o HERA y son el anillo de acelerador más largo del lugar con 3,6 kilómetros. Hoy en día, el desarrollo, la construcción y el funcionamiento de aceleradores de partículas es una de las tres principales áreas de investigación de DESY, junto con la física de partículas y la investigación con fotones.
El gluón:descubierto en DESY
La física de partículas, que aborda la cuestión de la estructura interna de la materia, es la más antigua de las tres áreas de investigación. Los investigadores lograron un éxito especial en este campo en 1979:en PETRA los científicos pudieron detectar por primera vez el gluón, probablemente el descubrimiento más conocido realizado en DESY hasta la fecha. El gluón es la partícula portadora de la llamada fuerza fuerte. Es una de las cuatro fuerzas naturales fundamentales, junto con la gravedad, la fuerza electromagnética y la llamada fuerza débil. En sentido figurado, el gluón es una especie de pegamento que mantiene unidas las partículas de materia.
Explora el nanomundo con destellos de luz
Los materiales pueden radiografiarse con radiación sincrotrón. Por ejemplo, un cuadro de Van Gogh sobre el que habían sido pintados volvió a ser visible.Un tercer objetivo actual de DESY es la investigación con fotones, es decir, partículas de luz. Si los electrones son fuertemente acelerados, emiten parte de su energía en forma de un intenso haz de luz. Los científicos pueden utilizar la llamada radiación sincrotrón para conocer el nanomundo y, por ejemplo, examinar estructuras moleculares. O también para “iluminar” una gran variedad de materiales. En 2008, por ejemplo, un cuadro de Van Gogh que había sido cubierto con pintura volvió a ser visible gracias a la radiación sincrotrón del acelerador DORIS, un éxito de investigación del que también se informó ampliamente en los medios.
PETRA ahora también se utiliza como fuente de rayos X. Desde 2009, los científicos utilizan PETRA III para generar radiación en el rango de los rayos X duros y de onda muy corta. Esta luz es muy intensa, claramente enfocada y parpadea en pulsos cortos. Los investigadores pueden utilizarlo para examinar muestras muy pequeñas. Los biólogos lo utilizan, por ejemplo, para investigar la estructura atómica de los cristales de proteínas.
FLASH:destellos de luz ultracortos
Con el láser de electrones libres FLASH, desde 2005 también funciona en DESY un acelerador lineal, el primero en el mundo que genera destellos de luz en el rango ultravioleta extremo hasta rayos X suaves, es decir, de onda relativamente larga.
En lugar de girar en círculos, las partículas en la instalación de 300 metros de largo y completamente recta son llevadas casi a la velocidad de la luz por un acelerador superconductor y guiadas a través de "onduladores", estructuras compuestas por cientos de pares de imanes que fuerzan a los electrones. en una pista de slalom. Las partículas emiten destellos de luz ultracortos y potentes. Entre otras cosas, se pueden utilizar para rastrear procesos que se ejecutan extremadamente rápido, como reacciones químicas.
Tanto las estaciones de medición en la sala experimental FLASH como en PETRA tienen una gran demanda:sólo una pequeña parte de las consultas de todo el mundo por parte de instituciones de investigación y empresas pueden ser atendidas. Por lo tanto, el sistema se ampliará a partir de 2020 al nuevo sistema FLASH2020.
XFEL europeo:el láser de rayos X más largo del mundo
El láser europeo de rayos X de electrones libres XFEL, que comenzó a funcionar científicamente en 2017, se basa en el mismo principio que FLASH. Es la instalación más joven de DESY y el láser de rayos X más grande del mundo.
Con la ayuda de sus flashes de rayos X, los investigadores pueden decodificar detalles atómicos de virus y células, filmar reacciones químicas y tomar imágenes tridimensionales del nanocosmos, es decir, el mundo de las células y las moléculas. El tubo acelerador lineal de 3,4 kilómetros discurre bajo tierra desde el emplazamiento de DESY hasta más allá de la frontera estatal con Schleswig-Holstein y termina allí en una sala experimental. Doce países participan en la financiación del mecanismo, que cuesta alrededor de 1.200 millones de euros, siendo Alemania y Rusia los mayores donantes.
Tras la pista de la partícula de Higgs
Pero la física de partículas sigue siendo de gran importancia para DESY. La empresa con sede en Hamburgo participa en la investigación del Gran Colisionador de Hadrones LHC, un gigantesco acelerador de anillo con una circunferencia de 27 kilómetros en el centro de investigación CERN de Ginebra. Allí los investigadores descubrieron en 2012 la tan buscada partícula de Higgs. DESY también participa en el futuro proyecto International Linear Collider ILC, un acelerador lineal que, entre otras cosas, debe examinar más de cerca la partícula de Higgs. Sin embargo, la decisión final sobre si este proyecto se implementará aún está pendiente.
Partículas fantasma en el hielo eterno
Se introdujeron alrededor de 5.160 módulos hasta 2.450 metros de profundidad en el hielo transparente para detectar los llamados neutrinos.Otro espectacular proyecto en el que participa DESY se llama Icecube:los investigadores han insertado más de 5.000 detectores hasta 2.450 metros de profundidad en el hielo eterno de la Antártida. Sirven como un enorme telescopio para detectar los llamados neutrinos. Estas partículas extremadamente ligeras suelen volar libremente a través de toda la materia y, por eso, también se las llama partículas fantasma. Muy raramente chocan con partículas de materia y pueden observarse de esta manera. En la Antártida, los investigadores buscan neutrinos que no procedan de nuestro sistema solar, sino de agujeros negros o explosiones de supernovas. Pueden arrojar luz sobre estos poderosos acontecimientos cósmicos. Dos veces, en 2012 y nuevamente en 2013, los investigadores pudieron detectar estos neutrinos de alta energía en las profundidades del espacio.
Centro de investigación de importancia mundial
Con sus tres áreas de investigación, DESY es actualmente uno de los centros de investigación más importantes del mundo sobre la estructura y función de la materia. Alrededor de 3.000 científicos invitados de alrededor de 40 países investigan el microcosmos en toda su diversidad con la ayuda de los aceleradores. Entre otras cosas, prueban el comportamiento de nuevos nanomateriales u observan el curso de procesos vitales entre moléculas y, por tanto, proporcionan información importante para el desarrollo de fármacos y nuevas tecnologías.
