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Un acelerador de partículas subterráneo, el secreto mejor guardado del Louvre

En el laboratorio científico instalado bajo el museo del Louvre se encuentra un acelerador de partículas. Su acrónimo es ALGAE y lleva más de 25 años en París, desde que, en 1988, llegara desde Estados Unidos encargado por la directora del laboratorio y el gobierno galo. Los protones también trabajan al servicio del arte y el patrimonio cultural.

¿Por qué hay un acelerador de partículas en el Louvre?

¿Por qué hay un acelerador de partículas en el Louvre?

Áglae o Aglaya significaba en griego antiguo "la resplandeciente", y era el nombre de la más joven de las tres gracias. Un trío de diosas de la mitología helena, completado por Eufrósine y Talia, que representaban el encanto, la belleza, la creatividad y la fertilidad humanas. Sin alejarnos demasiado del arte y la cultura, convirtamos ahora el apelativo en acrónimo: AGLAE, para dar un paso hacia el mundo científico al mismo tiempo que nos trasladamos a tierras francesas.

Porque AGLAE viene de las iniciales de Acelerador Gran Louvre de Análisis Elemental o, en su denominación original, Accélérateur Grand Louvre d’Analyse Élémentaire. Designa uno de los secretos mejor guardados del museo galo (en el subsuelo, concretamente): un acelerador de partículas que lleva más de veinte años instalado en una habitación bajo la gran pirámide acristalada.

La enorme máquina llegó al edificio en 1988 directamente desde Estados Unidos, y desde entonces se encuentra al servicio de restauradores, conservadores y responsables de las colecciones de los museos franceses, así como de los investigadores que necesiten utilizarla.

“Madeleine Hours, directora del Laboratorio de Investigación de los Museos Franceses [el actual C2RMF, al que pertenece AGLAE], y el gobierno de la época decidieron dedicar este gran instrumento científico al estudio de las obras de patrimonio”, explica a HojaDeRouter.com Claire Pacheco, coordinadora del equipo que se encarga de poner en marcha y operar con el acelerador.

Estamos acostumbrados a oír hablar del Gran Colisionador de Hadrones (LHC) del CERN, el mayor laboratorio de física nuclear del mundo, pero ¿para qué se utiliza el equipo del Louvre?

Primos lejanos

“Aunque se trata de las mismas partículas [protones], AGLAE no tiene nada que ver con el LHC”, aclara Pacheco. Mientras que la instalación del CERN es circular y tiene una longitud de 27 kilómetros, el aparato francés es lineal y la línea de haz mide 25 metros de largo.

Este es el aspecto de AGLAE; mide 25 metros de largo

Este es el aspecto de AGLAE; la línea de haz mide 25 metros de largo

Ambos son aceleradores electrostáticos, es decir, se basan en la aplicación de campos eléctricos alternos para acelerar los iones, pero el juguete suizo los combina además con campos magnéticos, lo que permite una mayor aceleración en espacios pequeños. Además, con las últimas mejoras que le han aplicado, funciona a 13 teraelectronvoltios de energía, una potencia superior a los seis megaelectronvoltios de AGLAE.

Por último, difieren en su aplicación: si en el LHC colisionan las mismas partículas que se aceleran, en el sótano del Louvre estas se proyectan sobre las propias obras, de las que no hace falta tomar una muestra. Utilizan una línea de haz externo por la que los protones salen de la máquina al exterior, dirigidos mediante una boquilla hacia cualquier punto de una pieza sin importar el tamaño.

“Podemos hacer análisis en el aire de los objetos sin alterarlos, es su gran ventaja”, señala Miguel Ángel Respaldiza, catedrático de Física Atómica, Molecular y Nuclear de la Universidad de Sevilla (US) e investigador del Centro Nacional de Aceleradores (CNA), ubicado en la misma ciudad.

Las cuatro máquinas del centro andaluz, que Respaldiza fundó y dirigió hasta 2005, también se han usado en numerosas ocasiones para estudiar metales y otras producciones artísticas, sobre todo en colaboración con el Departamento de Arqueología de la US y el Museo de Bellas Artes de Sevilla.

Una pieza fundamental en el museo

La interacción entre los haces de iones y los átomos de los materiales provoca la emisión de distintos tipos de partículas, un fenómeno que indica la presencia de ciertos elementos químicos inorgánicos, revelando así la composición de la pieza. Estos cambios se inducen y detectan mediante varios métodos.

La técnica PIXE (del inglés ‘Particle-Induce X-Ray Emission’) consiste en medir el espectro de rayos X emitido tras el choque, y la espectrometría de retrodispersión de Rutherford se fundamenta en la retrodispersión (reflexión hacia atrás) que sufren los iones de alta energía al colisionar con los núcleos de los átomos de la muestra. Otra opción es provocar la emisión de rayos gamma, consecuencia de otro tipo de interacciones. “Cada técnica aporta una información diferente sobre la composición elemental del objeto”, apunta Repaldiza.

"Determinar la naturaleza de los materiales facilita la labor de los restauradores y conservadores de los museos”, prosigue el investigador. Permite conocer el método de fabricación de una pieza, su origen, verificar su autenticidad o estudiar el grado de alteración que ha sufrido para establecer la estrategia óptima de conservación.

"Es un instrumento de análisis único debido a su carácter no destructivo", afirma el experto. A diferencia de otras técnicas más convencionales, las obras pueden ser analizadas en cualquier punto sin ser deterioradas. Cabe destacar también su sensibilidad, ya que permite detectar de un gran número de elementos químicos simultáneamente, incluso aquellos presentes en cantidades ínfimas.

Los aceleradores son útiles también para la datación con carbono-14 (una técnica para conocer la antigüedad de los materiales orgánicos). Este proceso sí requiere la toma de una micromuestra para extraer todo el carbono presente, con el que se fabrica después una pastilla. “Los átomos de la muestra son acelerados para realizar espectrometría de masas, con el fin de distinguir los isótopos de carbono-14 de otros contaminantes y cuantificarlos”, explica Respaldiza. La técnica puede utilizarse para verificar fraudes si los restos orgánicos que contiene una pieza son anacrónicos respecto a la misma.

Un equipo técnica se encarga de operar y mantener la máquina en óptimas condiciones

Un equipo técnica se encarga de operar y mantener la máquina en óptimas condiciones

Desde su llegada al Louvre, los haces de iones de AGLAE han atravesado joyas de oro y plata, cerámicas vidriadas, objetos metálicos y pigmentos, entre otras piezas y materiales. No obstante, su uso es complementario a otras técnicas porque, como indica el investigador de la Universidad de Sevilla, “no existe ninguna técnica universal capaz de resolverlo todo”.

A los mandos, un equipo multidisciplinar

Pacheco trabaja coordinando el mantenimiento y el uso del aparato desde 2010, cuando llegó al Louvre, aunque ya lo había utilizado antes en algunas de sus investigaciones. El equipo responsable de la máquina lo completan otros tres ingenieros: uno experto en óptica, mecánica y técnicas de vacío; otro en electrónica, informática y tratamiento de la señal y un último especialista en ciencia de materiales.

Su trabajo y el de sus predecesores ha contribuido a perfeccionar la técnica de análisis por haz externo. “Tienen unos sistemas de posicionamiento de muestras muy desarrollados y son unos grandes expertos en este tipo de aplicaciones”, asegura Respaldiza.

Para obtener una mayor resolución en las mediciones, cuando se necesita conocer la composición de un punto muy concreto de la obra, hay que colocarla delante de la boquilla con una precisión micrométrica. El proceso requiere una gran habilidad en el control de los movimientos del robot, imperceptibles para el ojo humano. “No hay dos laboratorios iguales. Aunque tenemos equipos muy parecidos, los técnicos y la instalación tienen sus peculiaridades”, dice el experto de la Universidad de Sevilla.

Tanto las instalaciones del CNA como las del Louvre están abiertas a los investigadores que necesiten utilizarlas. En España, “hay un comité científico que evalúa sus propuestas y se asegura de que son viables”, explica Respaldiza. Una vez admitida, se le asigna tiempo de haz y puede hacer sus medidas con la ayuda del personal del centro.

El sistema permite analizar las obras proyectando las partículas sobre su superficie

El sistema permite analizar las obras proyectando las partículas sobre su superficie

El investigador español Ferrán Borrell ha viajado al museo francés en dos ocasiones, en marzo de 2012 y enero de 2014, para usar el acelerador y conocer la composición química de obsidianas encontradas en yacimientos sirios (en la primera ocasión) e israelíes (en la segunda). Lo hizo en el marco del proyecto europeo CHARISMA, dedicado a promover el uso de infraestructuras técnicas y científicas europeas por grupos de varios países.

“Estos análisis sirven para saber su procedencia con mucha exactitud en base a algunos elementos traza”, nos explica Borrell. El programa, ya terminado, les costeaba el desplazamiento y alojamiento en París. Ahora tendrían que pagárselo ellos mismos. “Los técnicos de AGLAE están allí para ayudarte en tu trabajo y controlar que la máquina haga lecturas lógicas. Son muy buenos”, asegura.

La única instalación española participante en CHARISMA era el Museo Nacional del Prado. Allí disponen de un laboratorio donde aplican otras técnicas de análisis más convencionales pero igual de útiles. "El acelerador no se usa indiscriminadamente para cualquier tipo de obra, solo para resolver dudas que no pueden solucionar otros equipos más sencillos”, aclara María Dolores Gayo, directora de la instalación madrileña.

Por otro lado, a la hora de determinar la composición de pigmentos o barnices, el acelerador no proporciona información sobre la profundidad del análisis si se realiza directamente sobre la superficie de las obra. “Si tenemos varias capas de pintura superpuestas va a ser difícil saber cuál estamos analizando”, afirma Gayo.

AGLAE no vale para todo ni puede presumir de belleza, como la gracia a la que debe su nombre, pero su presencia es tan necesaria como las obras que alberga el edificio del Louvre. Sin los análisis que facilitan esta máquina y el resto de equipos científicos de los museos, muchas de ellas no habrían podido se conservadas ni restauradas como se merecen.

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Las imágenes de este reportaje son cortesía del C2RMF excepto la segunda, propiedad de Jean-Pierre Dalbéra

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