Un acelerador de partículas en el Louvre

Amandine llega puntual al trabajo. A las 9:00 escanea su pase en la puerta de acceso y se dirige inmediatamente al sótano del Louvre. Es la primera en llegar así que enciende la luz del laboratorio y se dirige al panel de control. Le apetece un café doble, pero sabe que primero debe encender el acelerador de partículas.

Puede parecer el comienzo de una novela de Dan Brown pero se trata de la rutina diaria de los científicos que trabajan en el sótano del Louvre. Usan un acelerador líneal para desvelar los secretos escondidos en las obras de arte del museo parisino. Podéis estar tranquilos, no crean ni antimateria ni agujeros negros en los sótanos del Louvre.

AGLAE_(Laboratoire_du_C2RMF)_1
Acelerador AGLAE

Sí, UN ACELERADOR DE PARTÍCULAS EN EL LOUVRE!!! Y lo utilizan para estudiar obras de arte. En concreto estudian qué elementos químicos están presentes en la obra, en qué proporción y a qué profundidad. Con esta información se puede determinar, por ejemplo, qué pigmentos se usaron para fabricar la pintura. Dependiendo de la época se usaban distintos materiales para  sintetizar los colores, así sabiendo la composición química de los colores de tu cuadro puedes determinar en qué fecha fue pintado.

El acelerador del Louvre se llama AGLAE y es un acelerador lineal electrostático. ¿Estabas esperando el LHC?. Gracias al uso de una fuente de alto voltaje, se crea un potencial electrostático que  acelera protones y partículas-α (núcleos de helio) a energías alrededor de 2 MeV. El haz de iones o protones se utiliza principalmente en 5 técnicas:

Rutherford Backscatering Spectrometry a.k.a RBS

Particle Induced X-ray Emission a.k.a PIXE

Particle Induced Gamma-ray Emission a.k.a PIGE

Nuclear Resonant Analisys a.k.a NRS

Elastic Recoil Detection Analysis a.k.a ERDA

De estas cinco técnicas, la que mejor conozco y más utilizo es RBS y es de la que os quiero hablar.

Imaginemos que tenemos una muestra con 3 capas: el sustrato de nuestra muestra la inevitable capa de óxido que se forma en la superficie del sustrato y la primera capa de nuestro material. Si a esta muestra le lanzamos un haz de partículas-α la mayoría la atravesarán, pero algunas rebotarán contra los átomos del material. Unas pocas rebotarán contra la primera capa de átomos de nuestro material, o contra la capa número 78 e incluso algunas llegarán al sustrato y rebotarán contra los átomos del substrato

Material

electronic cloud
Esquema de lo que le sucede al haz de partículas-α al chocar contra la muestra

Poniendo un detector en el lugar adecuado podremos contar cuántas partículas rebotan, con qué energía y a qué ángulo lo han hecho. Con estos 3 datos podemos saber contra qué elemento han rebotado y a qué profundidad está ese elemento. Estos choques se modelizan como choques entre bolas de billar (esferas duras) y suponiendo que la partícula tan solo entra, choca contra un solo átomo y vuelve a salir, aunque también hay que introducir términos debidos a que las partículas que rebotan contra las capas de átomos más profundas pierden energía al entrar y salir de la muestra.

Una vez efectuada la medida obtenemos algo como esto. Este es un espectro que corresponde una muestra que contiene 50 nm de Nb, 300 nm de SiO2 y un sustrato de Si, similar al de la figura anterior.

RBS
Espectro RBS para la muestra que he mencionado anteriormente

RBS aplicado al análisis de obras de arte es un claro ejemplo del carácter interdisciplinar de las técnicas experimentales, no todo iba a ser detectar bosones de Higgs y partículas ultrarelativistas provenientes del espacio, ¿no? Y es que en muchas ocasiones la física y el arte van de la mano.

Referencias:

The 2 MV Tandem Pelletron Accelerator of the Louvre Museum, G. Amsel et al. Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B45 (1990)

Aglaé, ou la Beauté vue par la Science: un accélérateur de particules au Louvre depuis 20 ans, Philippe Walter

Web de Aglae

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2 Comentarios Agrega el tuyo

  1. Una entrada muy interesante. No tenía ni idea que había un laboratorio en el Louvre y mucho menos un acelerador de partículas. Siempre había pensado que cuando analizaban una obra la mandaban a un laboratorio ajeno al museo. Haces fácil entender como funciona el acelerador de partículas, que en clase lo dieron muy por encima y no me enteré de mucho jaja
    Un abrazo

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    1. Me alegro de que te guste y lo comprendas!!

      Le gusta a 1 persona

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