El Instituto de Física Corpuscular (IFIC), centro mixto del CSIC y la Universitat de València, participa en un proyecto europeo para desarrollar un nuevo detector aplicado a la investigación en física nuclear. Se trata de AGATA, un dispositivo capaz de detectar la radiación gamma del núcleo atómico y determinar su energía y posición con gran precisión. Este detector, desarrollado íntegramente en Europa, se ha probado con éxito en laboratorios de Italia, Francia y Alemania, y está prevista su instalación en el futuro laboratorio europeo de física nuclear FAIR. La técnica tiene aplicaciones en otros campos como la exploración espacial y la medicina.
AGATA (Advanced Gamma Tracking Array) es el multidetector europeo para experimentos de espectroscopia gamma en física nuclear. Utiliza la radiación gamma que libera el núcleo del átomo en procesos radioactivos o en estados cuánticos excitados para determinar sus características, como su forma geométrica o cómo se ordenan en su interior los nucleones (protones y neutrones). Pero, a diferencia de los detectores utilizados hasta ahora, AGATA es capaz de determinar con gran exactitud, además de la energía de la radiación, la posición de las interacciones de la radiación en el propio detector, esto último con un nivel de precisión de milímetros. Esto es algo fundamental para determinar las características del núcleo.
“Es un microscopio para mirar el núcleo del átomo”, resume Andrés Gadea, investigador del IFIC que participa en AGATA desde sus comienzos y gerente del proyecto. Este detector se emplea para estudiar núcleos ‘exóticos’, donde la relación de protones y neutrones puede llegar a ser muy diferente a la de los núcleos estables que existen en la naturaleza. De este modo, se pueden comprobar experimentalmente modelos teóricos, así como propiedades cuánticas de los núcleos y de las interacciones entre los nucleones dentro del núcleo atómico.
“Tratamos de crear y analizar en el laboratorio los mismos núcleos exóticos que debieron producirse en fases estelares explosivas a lo largo de la evolución del Universo, en las que se formaron aproximadamente la mitad de los elementos más pesados que el hierro”, explica César Domingo, investigador del IFIC en AGATA.
AGATA consiste en una matriz esférica de cristales de germanio refrigerados a temperatura criogénica (unos -196 ºC del nitrógeno líquido). Actualmente la primera fase del detector está finalizada, con 35 de los 180 cristales de germanio que tendrá cuando se complete su diseño original. Desde 2009 se realizan experimentos con esta primera fase del detector en Legnaro (Italia) y en las instalaciones de haces radioactivos de GSI (Alemania) y GANIL (Francia).
El IFIC ha desarrollado parte de la electrónica del detector junto con la Escola Tècnica Superior d'Enginyeria de la Universitat de València (ETSE-UV). Dos jóvenes investigadores, Rosa Pérez y Tayfun Huyuk, realizan su tesis doctoral en el IFIC sobre experimentos realizados por el grupo con AGATA en Alemania y Francia.
El IFIC acogió esta semana un workshop sobre la tecnología y las técnicas de medida de AGATA que reunió a 50 científicos de la colaboración, donde participan más de 350 investigadores de 40 instituciones en 12 países europeos. En Valencia discutieron cuestiones relacionadas con los cristales de germanio, preamplificadores, electrónica de lectura y adquisición, códigos y algoritmos de análisis de datos. También presentaron resultados de los últimos experimentos realizados en GANIL y la planificación de la futura campaña de medidas en el laboratorio francés, coordinada por Andrés Gadea y César Domingo.
“AGATA emplea tecnología desarrollada íntegramente en Europa”, destaca Gadea, quien recuerda que la tecnología de encapsulación desarrollada para el detector ha sido utilizada en otros campos como la exploración espacial con el satélite INTEGRAL o en Marte, con la sonda Mars Odyssey. La colaboración de AGATA también investiga su aplicación en medicina, donde, debido a su gran resolución, podría mejorar el diagnóstico por imagen.
En el futuro próximo, AGATA visitará los principales laboratorios de física nuclear del mundo. El detector es una pieza clave en FAIR, el laboratorio europeo para la investigación con iones y antiprotones, que se construye en Darmstadt (Alemania), cuyo inicio de operación se prevé a partir de 2020. Por parte española, además del IFIC y la ETSE-UV, participan el Instituto de Estructura de la Materia (IEM-CSIC) y la Universidad de Salamanca (USAL). España contribuye con un 5% del total de la construcción de AGATA.
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