Dentro de la máquina de rayos X más avanzada del mundo antes de que se vuelva más poderosa

La Galería Klystron, un pasillo de hormigón salpicado de cilindros metálicos espaciados uniformemente, es lo suficientemente largo como para extenderse más allá de mi línea de visión. Pero mientras estoy dentro, sé que algo aún más espectacular se esconde bajo mis pies.

Debajo de la Galería Klystron hay un gigantesco tubo de metal que se extiende a lo largo de 3,2 kilómetros: la Linac Coherent Light Source II (LCLS-II). Esta máquina, ubicada en el Laboratorio Nacional del Acelerador SLAC en California, genera pulsos de rayos X más potentes que los producidos en cualquier otra instalación del mundo, y la visito porque recientemente batió uno de sus propios récords. Sin embargo, pronto sus componentes más potentes se apagarán para realizar una actualización. Una vez que se vuelva a encender, posiblemente ya en 2027, sus rayos X tendrán más del doble de energía.

“Será como pasar de un brillo a una bombilla”, dice James Cryan de SLAC.

Describir LCLS-II como un simple destello es quedarse muy corto. En 2024, produjo el pulso de rayos X más potente jamás registrado. Duró sólo 440 milmillonésimas de milmillonésima de segundo, pero transportó casi un teravatio de energía, lo que supera con creces la producción anual promedio de una central nuclear. Es más, en 2025, LCLS-II generó 93.000 pulsos de rayos X en un segundo, un récord para un láser de rayos X.

Cryan dice que este último registro allana el camino para que los investigadores obtengan una visión sin precedentes del comportamiento de las partículas dentro de las moléculas después de que absorben energía. Es comparable a convertir una película en blanco y negro de su comportamiento en una película más nítida y llena de color. Entre este logro y la próxima actualización, LCLS-II tiene la posibilidad de mejorar radicalmente nuestra comprensión del comportamiento subatómico de los sistemas sensibles a la luz, ya sean plantas fotosintetizadoras o candidatas a mejores células solares.

LCLS-II logra todo esto acelerando electrones hasta que se acercan a la velocidad de la luz, el límite máximo de velocidad cósmica. Los dispositivos cilíndricos que vi, que son los klistrones que dan nombre a la Galería Klystron, son los encargados de producir las microondas que logran esta aceleración. Una vez que son lo suficientemente rápidos, los electrones pasan a través de filas de miles de imanes cuyos polos están cuidadosamente dispuestos para hacer que los veloces electrones se muevan. Esto, a su vez, produce pulsos de rayos X. Al igual que los rayos X médicos, estos pulsos se pueden utilizar para obtener imágenes del interior de los materiales.

El día de mi visita, recorro una de las varias salas experimentales donde los rayos X completan su recorrido chocando contra las moléculas. Miro algunas de las cámaras donde se encuentran una molécula y un rayo X. Son como algo sacado de un submarino futurista: gruesos cilindros de metal con ventanas de vidrio redondas, todos los cuales están cuidadosamente atornillados para no dejar entrar ninguna molécula de aire perdida que pueda interferir con el experimento.

Cryan y sus colegas realizaron un experimento la noche anterior a mi visita, investigando el movimiento de los protones dentro de las moléculas. Los métodos de obtención de imágenes distintos de los rayos X tienen dificultades para determinar con precisión cómo se mueven los protones, pero los detalles precisos del proceso son importantes para el desarrollo de células solares, afirma.

¿Qué pasará con tales investigaciones una vez que LCLS-II complete su actualización de “Alta Energía” para convertirse en LCLS-II-HE? La capacidad de estudiar el comportamiento de las partículas y las cargas dentro de las moléculas aumentará significativamente, afirma Cryan. Sin embargo, llegar allí no será una tarea fácil.

John Schmerge de SLAC dice que cuanto más energético se vuelve el haz de electrones, más debe preocuparse el equipo de que incluso unas pocas partículas se extravíen. Dice que una vez vio un rayo mal controlado hacer un agujero en un instrumento en una instalación diferente, por lo que hay poco margen de error. Yuantao Ding de SLAC dice que todas las piezas nuevas que el equipo instalará durante la actualización han sido diseñadas para resistir la nueva y mayor potencia de la instalación, pero que será crucial aumentar la potencia paso a paso y verificar que todo esté funcionando según lo previsto. “Encenderemos el rayo y observaremos atentamente lo que sucede”, afirma.

Él y sus colegas pasarán la mayor parte de 2026 haciendo un gran esfuerzo de ingeniería para colocar todas las piezas en su lugar, lo que luego las preparará para este proceso incremental durante uno o dos años siguientes. Si todo va según lo previsto, los investigadores de todo el mundo podrán utilizar LCLS-II-HE en 2030. Las conversaciones entre los investigadores que utilizan los rayos X, como Cryan, y los que los controlan, como Schmerge y Ding, también desempeñarán un papel importante. “En última instancia, es una gran herramienta y la gente aprenderá a utilizarla bien”, afirma Schmerge. “Lo modificaremos constantemente”.

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