Lleva el nombre de la estrella más brillante del cielo nocturno, Sirius es una de las primeras fuentes de luz de sincrotrón de cuarta generación del mundo y está situada en la ciudad de Campinas, en el estado de São Paulo, Brasil.
El equipo más complejo y más grande jamás construido en el país, Sirius, permitirá a los científicos desarrollar investigaciones de frontera. Se esperan descubrimientos de gran calado en diferentes campos como la energía, el medio ambiente o la salud, entre otros. Sirius está diseñado para tener -al igual que la estrella- la luz más brillante de todos los equipos de su tipo. Y está listo para ser utilizado.
Sirius se encuentra dentro de una gran institución privada llamada Centro Brasileño de Investigación en Energía y Materiales (CNPEM) que está bajo la supervisión del Ministerio de Ciencia, Tecnología e Innovaciones de Brasil (MCTI).
La institución impulsa otros cuatro laboratorios nacionales. Al ser una institución sin ánimo de lucro centrada en la investigación y el desarrollo, el CNPEM tiene la función de apoyar la innovación en diferentes áreas como los materiales, la salud, la alimentación, el medio ambiente y la energía, entre otras. El CNPEM es capaz de integrar los conocimientos científicos y tecnológicos de todos sus laboratorios nacionales.
Funcionando como un (enorme) microscopio, Sirius cubre una amplia gama del espectro electromagnético, su luz va desde las ondas infrarrojas hasta las ultravioletas y también incluye los rayos X. Equipado con todo ello, Sirius podrá revelar muchas características de los materiales, a nivel molecular y atómico, e incluso examinar las estructuras electrónicas.
Esto permite una investigación multidisciplinar que dará respuesta a cuestiones académicas e industriales. Para producir la luz de sincrotrón, las partículas cargadas -como los electrones- se aceleran junto a la velocidad de la luz en un recorrido controlado por campos magnéticos.
Hoy en día, existe más de un equipo análogo a Sirius en el mundo, como el European Synchrotron Radiation Facility (ESRF), ubicado en Francia. Y antes de Sirius, la institución CNPEM hizo uso de otro equipo similar, la primera fuente de luz sincrotrón brasileña - conocida como UVX -. mucho más pequeño que Sirius, con gran fiabilidad y estabilidad. Sin embargo, cuando Sirius se terminó, el equipo se apagó. A lo largo de los años, los científicos necesitaron más información de la que el UVX podía proporcionar, alcanzando sus límites de espacio físico y capacidades técnicas.
En una línea de tiempo, la primera discusión sobre el proyecto Sirius fue en 2003, y el proyecto comenzó a tomar forma. La construcción de las instalaciones del edificio comenzó en 2015, y en 2018 se inauguró finalmente.
Aunque el edificio estaba terminado, la siguiente etapa de poner todo el equipo dentro era sólo el comienzo.
A diferencia del UVX que sólo podía analizar los materiales a niveles superficiales, la energía generada por Sirius es capaz de penetrar en materiales duros y sólidos con una profundidad de centímetros.
"Fue como hacer una foto con poca luz - dice Antonio José Roque da Silva, físico, director del CNPEM y de SIRIUS en una declaración sobre el UVX. "Sirius tiene más intensidad de luz, y por eso captará de forma más rápida, como una película en lugar de una foto".
Sirio tendrá dos veces más energía y 360 veces menos emitancia, lo que dará lugar a diferentes frecuencias de luz mil millones de veces más brillantes que el UVX.
En cuanto al funcionamiento del equipo, esta es la estructura básica de Sirius:
La estructura base de la Fuente de Luz de Sincrotrón, esencialmente, consiste en dos grandes conjuntos de aceleradores de partículas, el Sistema de inyección y el Anillo de almacenamiento.
El Sistema de Inyección admite el Acelerador Lineal, o Linac, y el Sincrotrón Inyector, o Booster.
Juntos, ambos tienen la función de producir el haz de electrones y lo aceleran hasta alcanzar el nivel de energía necesario para operar en el Anillo de Almacenamiento.
Además, se incluyen dos líneas de transporte, una que transfiere el haz de electrones del Linac al Booster y la otra del Booster al anillo de almacenamiento.
El Linac produce un pulso de corriente de forma pulsada, concretamente, dos pulsos por segundo, y luego el pulso de corriente producido se inyecta en el Booster.
Una vez en el Booster, los haces de electrones se aceleran hasta alcanzar el nivel de energía necesario para ser inyectados en el Anillo de Almacenamiento.
A su vez, el Anillo de Almacenamiento, que es el acelerador principal, responsable de mantener el haz de electrones almacenado durante largos periodos, es donde se produce finalmente la luz de sincrotrón.
Además, para controlar el recorrido del haz de electrones, se va a utilizar una combinación de diferentes imanes que producen un campo magnético, -o Magnetic Lattice- para mantener el foco y corregir el recorrido del haz de electrones.
Al final, la luz de sincrotrón estará disponible en las estaciones experimentales que se encuentran alrededor del Anillo de Almacenamiento, llamadas Beamlines - aquí es donde los científicos colocarán sus muestras de materiales y producirán datos para estudiarlos más a fondo.
La imagen de arriba -disponible en el sitio web del CNPEM- muestra una ilustración de SIRIUS, donde el anillo de almacenamiento representado por el círculo azul tiene unos 518 metros de circunferencia, mientras que el Booster mostrado en naranja tiene unos 496 metros.
El Linac, en cambio, es mucho más pequeño, con sólo 32 metros, representados por la línea rosa.
Así, estas fuentes de luz de sincrotrón de cuarta generación ayudarán a los científicos a profundizar -literalmente- en sus investigaciones, ganando espacio y mejores herramientas para analizar temas complejos.
Por ejemplo, un análisis más avanzado del suelo aumentará los conocimientos sobre el desarrollo de fertilizantes, lo que conducirá a la producción de productos agrícolas menos tóxicos, en beneficio de la salud humana y el medio ambiente.
Asimismo, Sirius también permitirá a los científicos desarrollar nuevos materiales gracias a un estudio más completo de las estructuras de las nanopartículas.
El 21 de octubre de 2020 se abrió al uso de la investigación la primera línea de luz Sirius, llamada Manacá. Esta línea está destinada a centrarse en las macromoléculas, estudiando las proteínas y sus interacciones con los medicamentos.
En el futuro, se abrirán otras cinco líneas de luz, llamadas Carnaúba, Cateretê, Ema, Ipê y Mogno. Cada una de ellas se centrará en un tipo de análisis específico. En la actualidad, esas líneas de luz se encuentran en una fase avanzada de instalación y, a finales de 2021, algunas deberán estar concluidas.
En total, la estructura Sirius tendrá 14 estaciones de trabajo. El proyecto completo incluye otras siete líneas de luz, cuya apertura está prevista para 2021. Sin embargo, el número de líneas de luz puede ampliarse gradualmente, hasta llegar a 40 estaciones experimentales.
Vea un vídeo sobre la construcción de Sirius aquícon testimonios y explicaciones directamente de los ingenieros implicados.
Y también puede visitar Sitio web oficial del CNPEM que tiene toda la información sobre el proyecto SIRIUS.
Al final, Sirius mantiene las expectativas no sólo para los científicos brasileños, sino que el entusiasmo por los avances en la investigación se extiende por todo el mundo. ¡Adelante con la ciencia!
Además, ¿sabes que puedes subir una foto desde tu ordenador y utilizarla en tu infografía? Sí, es posible.
¡Así es como hice mi infografía en este artículo! Muy chulo, ¿verdad?
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