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FAIR: Acelerando la materia hasta condiciones extremas

Si un lector habitual de blogs o prensa se encuentra en el primer párrafo de un artículo las expresiones física nuclear y de partículas, investigación y acelerador de partículas es casi seguro que supondrá que dicho artículo versa sobre el Large Hadron Collider (LHC) del CERN. Y tiene buenas razones para hacerlo, ya que es en la actualidad el acelerador más moderno, el más publicitado y cuenta con un excepcional programa científico en el que muchos físicos han puesto sus esperanzas a la hora de entender un poco mejor el mundo que nos rodea y los primeros estadios de la formación del Universo. Sin embargo, el mundo de la física nuclear y de partículas no se circunscribe sólo al LHC, hay otros muchos aceleradores de partículas operando por el mundo (p. ej. RHIC), en proceso de mejora (p. ej. Jefferson Lab) o con la primera piedra recién puesta, como es el caso de FAIR (Facility for Antiproton and Ion Research).

El pistoletazo de salida de FAIR se dio hace menos de un mes, el 4 de octubre en Wiesbaden, donde se fundó FAIR GmbH y nueve países (Alemania, Eslovenia, Finlandia, Francia, India, Polonia, Rumanía, Rusia y Suecia) firmaron el convenio para la construcción y funcionamiento de FAIR. A lo largo de su primer año de vida se espera que cuatros países más (que no pudieron firmar entonces debido a sus procesos internos de ratificación del acuerdo) se unan al proyecto, estos son: Arabia Saudita, China, España y Reino Unido. En el caso de nuestro país ya existe un compromiso formal y sólo es una cuestión burocrática su incorporación. Diez años después de el “Conceptual Design Report” de 2001 y tras muchos esfuerzos, FAIR es una realidad y comienza su proceso de construcción. Se prevé que para 2016 puedan empezar los primeros experimentos, completándose la construcción en 2018 con un coste total de 1186 millones de euros. Para entonces FAIR será uno de los más importantes laboratorios internacionales del mundo e involucrará a aproximadamente 3000 científicos e ingenieros de unos 50 países diferentes. FAIR se ubica en Darmstadt (Alemania) y se aprovecha de una instalación ya existente, GSI (Gesellschaft für Schwerionenforschung), especializada en la investigación con iones pesados, donde se descubrieron los elementos Bohrio (107), Hassio (108), Meitnerio (109), Darmstadtio (110), Roentgenio (111) y Copernicio (112).

El proceso de construcción de FAIR presenta muchos retos tecnológicos, desde disponer de electrónica ultrarápida y dispositivos capaces de soportar altos niveles de radiación (algo muy útil para futuros reactores nucleares, satélites o naves espaciales) hasta la producción de haces de núcleos radioactivos que en el futuro podrán ser utilizados en radioterapia. Por comparar con algo conocido, se espera que el ritmo de generación de datos en los detectores de FAIR sea 10 veces mayor que el esperado en LHC y la electrónica deberá estar preparada para responder ante dicho reto.

Pero, ¿qué se va a investigar en FAIR y por qué?

Como se ha dicho antes, FAIR es un acelerador de partículas. Mediante un sistema de inyectores, anillos de aceleración y almacenamiento y blancos diversos es capaz de proporcionar intensos haces de protones, antiprotones, núcleos estables y radioactivos en un amplio rango de energía para su uso en varios halls experimentales destinados a las 8 colaboraciones científicas que operarán: NuSTAR (Nuclear STructure, Astrophysics and Reactions with Rare Isotope Beams), PANDA (antiProton ANnihilation at DArmstadt), CBM (Compresed Baryonic Matter), HEDgeHOB (High Energy Density generated Heavy iOn-Beams), WDM (Warm Dense Matter), SPARC (Stored Particle Atomic Physics Research Collaboration), FLAIR (Facility for Low Energy Antiproton Ion Research) y BIOMAT (High Energy Irradiation Facility for BIOphysics and MATerials Research). La figura siguiente muestra el esquema de la instalación proyectada en rojo junto con la ya existente (GSI) en azul.

Los objetivos de estas líneas de investigación son muy diversos y abarcan temas tanto de ciencia básica como aplicada. En el caso de la ciencia básica se estudiarán las propiedades fundamentales de la interacción fuerte que liga los núcleos mediante la producción de (entre otras) partículas exóticas, los procesos de formación y decaimiento de núcleos radioactivos que se producen en las últimas etapas de la vida de las estrellas e influyen en las abundancias de los elementos que vemos en el Universo, se simularán las condiciones que se dieron en el universo temprano y que se dan en las estrellas ultradensas y en los núcleos de planetas gigantes como Júpiter, así como las propiedades básicas de núcleos radioactivos conocidos y por descubrir. En cuanto a la ciencia aplicada, serán objeto de estudio el efecto de altas dosis de radiación en los materiales y los seres vivos (de interés para el programa espacial ya que tanto los astronautas como los satélites se ven sometidos a ellas a causa de los rayos cósmicos), simulación de los procesos de decaimiento radioactivo a alta presión que tienen lugar en el manto terrestre, generación y estudio de distintos tipos de haces radioactivos con posibles aplicaciones a radioterapia y el estudio de los procesos básicos que se dan en la fusión por confinamiento inercial.

En resumen, FAIR es un proyecto científico internacional que arranca con fuerza, involucrando a una gran parte de la comunidad de física nuclear y de partículas del mundo y en concreto de España, muy activa en NuSTAR con grupos investigadores en el CSIC (Instituto de Estructura de la Materia e Instituto de Física Corpuscular) y las universidades (Complutense y Autónoma de Madrid, Granada, Huelva, Politécnica de Cataluña, Salamanca, Santiago de Compostela, Sevilla, Valencia y Vigo). Habrá que seguir de cerca FAIR cuando empiece a operar porque promete darnos muchas alegrías científicas. Algunos vamos a estar muy pendientes.

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