El láser que estudiará la historia artística de España
El láser VEGA salmantino ayudará a entender la composición de nuestro patrimonio. Tras la implantación de la técnica PIXE, podrá analizar obras de arte capa por capa y de forma no invasiva
El progreso es una de esas cosas que, como realmente se comprenden, es mirando hacia atrás. Sabemos que cada vez vivimos tiempos más acelerados e intuimos que el futuro nos depara un mundo realmente diferente al que ahora habitamos. Sin embargo, nada nos transmite tanto esa idea como dirigir nuestra vista al pasado, y el láser es un ejemplo paradigmático.
Ha pasado de ser un completo desconocido a estar presente en la medicina, la cosmética, las comunicaciones, las soldaduras e incluso cuando nos escanean los productos de la compra. Las aplicaciones son tantas y tan variadas que, por suerte para todos, la revolución todavía no ha terminado y la nueva tecnología implementada implementada en el láser español VEGA promete cambiar la forma en que estudiamos nuestro patrimonio histórico. Recientemente, el Centro de Láseres Pulsados que cuenta con los láseres VEGA (1, 2 y 3) ha implementado una técnica para analizar la composición y la estructura de los objetos. Su nombre es PIXE y significa «emisión de rayos X inducida por partículas», lo cual da pistas acerca de su funcionamiento. PIXE, básicamente, consiste en utilizar un láser para «empujar» diminutas partículas. Tras acelerarlas, las hace chocar con el objeto que pretende estudiar, lo cual libera rayos X. La cantidad y características de estos rayos permiten deducir la composición y la estructura del objeto analizado y, muy a grandes rasgos, esa es la base de la idea. Claro que, en favor de la simplicidad, la idea no luce cuanto debiera. Para comprender en mayor profundidad todo lo que supone PIXE, es necesario entender los rudimentos sobre cómo funciona un láser.
Tal vez el componente más importante de un láser sea el medio activo, la sustancia donde la luz será amplificada. Para cumplir tal fin, se suministra energía al medio activo, haciendo que sus átomos se exciten (que acumulen en cierto modo más energía debido a cómo organizan sus electrones). A continuación, se suministra un segundo estímulo que, en este caso, fuerza a los átomos a des-excitarse, liberando la energía «extra» que habían acumulado (y recuperando la distribución de sus electrones). Esta energía que liberan abandona el átomo en forma de una partícula de luz a la que llamamos fotón y entonces es cuando sucede la «magia».
Comienza entonces una reacción en cadena en la cual los fotones liberados por algunos átomos son capaces de «desexcitar» a otros, haciendo que liberen a su vez más fotones. Por cada uno que incide en un átomo excitado, dos lo abandonan (el que lo estimuló y uno nuevo). Mediante este proceso el láser va «cosechando» fotones y por lo tanto amplificando la luz. El segundo elemento del láser es, precisamente, la bomba que suministra energía al sistema para estimularlo, como ya hemos contado.
Reacción en cadena
El siguiente paso consiste en aprovechar al máximo esa reacción en cadena. Del mismo modo que los hornos están aislados para no perder calor y ser más eficientes, los láseres «aíslan» su medio activo para que ningún fotón se escape del sistema antes de tiempo. Podemos imaginar el dis
positivo de emisión de uno como un cilindro cuyos extremos están cubiertos por espejos. Uno de los espejos será altamente reflectante, haciendo que la práctica totalidad de fotones que choquen con él sean devueltos al interior del cilindro. El otro extremo, en cambio, contará con un espejo menos reflectante que, si bien hará rebotar a algunos fotones, permitirá que otros cuantos escapen.
Al combinar estos elementos conseguimos lo siguiente: una serie de pulsos de energía hace que el medio activo inicie una reacción en cadena liberando partículas de luz. Dichas partículas tienen la característica de poseer la misma energía e idéntica longitud de onda (muy simplificadamente, el mismo color), pero se mueven indiscriminadamente en todas las direcciones. Por suerte, solo aquellos que reboten en un ángulo de 90º respecto a los espejos podrán escapar a través del espejo de salida, del cual emanará el láser.
Mediante todo este proceso, conseguimos las características que representan a la luz de los láseres. Estos han de tener un haz donde las partículas viajen perfectamente paralelas entre sí, permitiendo que, para una misma energía, el haz viaje mucho más lejos que el emitido por una simple bombilla. Por otro lado, se consigue que todas las partículas del haz posean una misma longitud de onda, lo cual nuestro ojo percibe como color. Este es el motivo por el que los láseres son de colores puros (rojo, verde, etc.) y nunca de luz blanca, que es el resultado de una mezcla de fotones con muy diferentes «colores» (longitudes de onda).
Y aquí viene la innovación, porque hasta ahora PIXE requería del uso de grandes dispositivos bastante prohibitivos en más de un aspecto. Como decíamos, la técnica consiste en acelerar partículas para que choquen con un objeto y le hagan emitir radiación que podremos analizar. Estas partículas suelen ser protones o electrones, y para imprimirles la velocidad suficiente se suelen emplear aceleradores de partículas. Grandes máquinas que, a través de tubos vacíos, van dando empujones a las partículas mediante pulsos magnéticos, repeliéndolas o atrayéndolas hasta ponerlas casi a la velocidad de la luz. Los mejores aceleradores de protones requieren kilómetros de radio, como es el caso del famoso acelerador de partículas del CERN, por lo que para varias aplicaciones se hacía necesario encontrar alguna alternativa.
Y eso es lo que ha presentado el Centro de Láseres Pulsados en colaboración con la Universidad
Politécnica de Milán. La idea consiste en que, en lugar de ser aceleradas las partículas mediante campos magnéticos, ganen velocidad siendo empujadas por la luz de un láser como VEGA. Empujar las cosas con luz puede sonar extraño, no en vano vivimos bañados por luz y no sentimos gran cosa. No obstante, la presión de radiación (que así se llama) es un hecho y a partir de esta idea hemos desarrollado incluso velas solares, como las del proyecto IKAROS de la Agencia de Exploración Aeroespacial Japonesa. Y en esa misma línea funciona la comunión entre PIXE y VEGA, proyectando sobre una muestra protones acelerados mediante un láser.
Método no destructivo
Gracias a este tipo de técnicas, será más fácil estudiar objetos de nuestro patrimonio histórico y cultural, ya que se trata de un método no destructivo. Al no alterar la pieza de estudio, es teóricamente menos difícil que se permita aplicarla sobre ellas y, por si fuera poco, permite ir más allá de la superficie del objeto y estudiar sus capas más exteriores una a una, regulando la velocidad a la que el protón llega a la muestra y, por tanto, cuánto penetra en ella antes de detenerse y liberar radiación.
Con PIXE y VEGA se presenta un futuro lleno de posibilidades para la arqueología y la historia del arte, pero, sobre todo, son una oportunidad para que disfrutemos del progreso ahora mismo, sin tener que esperar 10 años para mirar atrás y maravillarnos de lo que una vez fue.