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Instituto Paul Scherrer

Coordenadas : 47°32′10″N 8°13′22″E / 47.53611°N 8.22278°E / 47.53611; 8.22278 El Instituto Paul Scherrer ( PSI ) es un instituto de investigación multidisciplinario para las cie...

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Coordenadas : 47°32′10″N 8°13′22″E / 47.53611°N 8.22278°E / 47.53611; 8.22278

El Instituto Paul Scherrer ( PSI ) es un instituto de investigación multidisciplinario para las ciencias naturales y de la ingeniería en Suiza. Está ubicado en el cantón de Argovia , en los municipios de Villigen y Würenlingen , a ambos lados del río Aare , y abarca una superficie de más de 35 hectáreas. [ 2 ] Al igual que la ETH Zúrich y la EPFL , el PSI pertenece al dominio ETH de la Confederación Suiza. El PSI emplea a unas 3000 personas. [ 3 ] Realiza investigación básica y aplicada en los campos de la materia y los materiales, la salud humana y la energía y el medio ambiente. Alrededor del 37 % de las actividades de investigación del PSI se centran en las ciencias de los materiales, el 24 % en las ciencias de la vida, el 19 % en la energía en general, el 11 % en la energía nuclear y la seguridad, y el 9 % en la física de partículas. [ 4 ]

PSI desarrolla, construye y opera instalaciones de investigación grandes y complejas, y las pone a disposición de las comunidades científicas nacionales e internacionales. En 2017, por ejemplo, más de 2500 investigadores de 60 países diferentes acudieron a PSI para aprovechar la concentración de instalaciones de investigación a gran escala en un mismo lugar, algo único en el mundo. [ 3 ] Aproximadamente 1900 experimentos se realizan cada año en las cerca de 40 estaciones de medición de estas instalaciones. [ 5 ]

En los últimos años, el instituto ha sido uno de los mayores receptores de dinero del fondo de lotería suizo. [ 6 ]

Historia

El instituto, que lleva el nombre del físico suizo Paul Scherrer , se creó en 1988 cuando el EIR ( Eidgenössisches Institut für Reaktorforschung , Instituto Federal Suizo de Investigación de Reactores, fundado en 1960) se fusionó con el SIN ( Schweizerisches Institut für Nuklearphysik , Instituto Suizo de Investigación Nuclear, fundado en 1968). Los dos institutos, situados en lados opuestos del río Aare, funcionaron como centros nacionales de investigación: uno centrado en la energía nuclear y el otro en la física nuclear y de partículas. [ 7 ] Con el paso de los años, la investigación en los centros se expandió a otras áreas, [ 8 ] y la física nuclear y de reactores representa actualmente solo el 11 por ciento del trabajo de investigación en el PSI. Desde que Suiza decidió en 2011 eliminar gradualmente la energía nuclear, [ 9 ] esta investigación se ha centrado principalmente en cuestiones de seguridad, como la forma de almacenar residuos radiactivos de forma segura en un depósito geológico profundo . [ 10 ]

PSI está ubicado en las márgenes derecha e izquierda del río Aare en el cantón de Argovia, Suiza.

Desde 1984, PSI ha gestionado (inicialmente como SIN) el centro de terapia de protones para el tratamiento de pacientes con melanomas oculares y otros tumores localizados en el interior del cuerpo. Hasta la fecha (datos de 2020), se han tratado allí más de 9000 pacientes. [ 11 ]

El instituto también participa activamente en la investigación espacial. Por ejemplo, en 1990, los ingenieros del PSI construyeron el detector del telescopio EUVITA para el satélite ruso Spectrum XG, y posteriormente suministraron detectores a la NASA y la ESA para analizar la radiación en el espacio. En 1992, los físicos utilizaron espectrometría de masas con acelerador y métodos de radiocarbono para determinar la edad de Ötzi , la momia encontrada en un glaciar en los Alpes de Ötztal un año antes, a partir de pequeñas muestras de tan solo unos pocos miligramos de hueso, tejido y hierba. [ 12 ] Estas muestras fueron analizadas en el acelerador TANDEM en Hönggerberg, cerca de Zúrich, que en ese momento era operado conjuntamente por la ETH Zúrich y el PSI.

En 2009, el biólogo estructural británico de origen indio Venkatraman Ramakrishnan recibió el Premio Nobel de Química por, entre otros logros, su investigación en la Fuente de Luz Sincrotrón de Suiza (SLS). La SLS es uno de los cuatro centros de investigación a gran escala del Instituto de Física de Suiza (PSI). Sus investigaciones allí permitieron a Ramakrishnan esclarecer la morfología y el funcionamiento de los ribosomas a nivel molecular. Utilizando la información codificada en los genes, los ribosomas producen proteínas que controlan numerosos procesos químicos en los organismos vivos.

En 2010, un equipo internacional de investigadores del PSI utilizó muones negativos para realizar una nueva medición del protón y descubrió que su radio es significativamente menor de lo que se creía: 0,84184 femtómetros en lugar de 0,8768. Según informes de prensa, este resultado no solo fue sorprendente, sino que también podría poner en entredicho modelos previos de la física. [ 13 ] Las mediciones solo fueron posibles con el acelerador de protones HIPA de 590 MeV del PSI porque su haz de muones generado secundariamente es el único en el mundo con la intensidad suficiente para llevar a cabo el experimento. [ 14 ]

En 2011, investigadores del PSI y de otros lugares lograron descifrar la estructura básica de la molécula proteica rodopsina con la ayuda del SLS. Este pigmento óptico actúa como una especie de sensor de luz y desempeña un papel decisivo en el proceso de la visión. [ 15 ]

Un detector denominado «detector de píxeles de barril», construido en el PSI, fue un elemento central del detector CMS en el centro de investigación nuclear CERN de Ginebra , y por lo tanto participó en la detección del bosón de Higgs. Este descubrimiento, anunciado el 4 de julio de 2012, fue galardonado con el Premio Nobel de Física un año después. [ 16 ]

En enero de 2016, se trasladaron 20 kilogramos de plutonio de PSI a Estados Unidos. Según un informe periodístico, [ 17 ] el gobierno federal contaba con una instalación secreta de almacenamiento de plutonio donde se había guardado el material desde la década de 1960 para la construcción de una bomba atómica, tal como se había planeado en aquel entonces. El Consejo Federal negó esta afirmación, sosteniendo que el contenido de plutonio-239 del material era inferior al 92%, lo que significaba que no era material apto para armas nucleares. [ 18 ] La idea era, en cambio, utilizar el material obtenido de las barras de combustible reprocesadas del reactor de investigación Diorit, que operó entre 1960 y 1977, para desarrollar una nueva generación de tipos de elementos combustibles para centrales nucleares. [ 19 ] Sin embargo, esto nunca se concretó. Para cuando se decidió, en 2011, eliminar gradualmente la energía nuclear, quedó claro que ya no había ninguna utilidad para el material en Suiza. El Consejo Federal decidió en la Cumbre de Seguridad Nuclear de 2014 cerrar la instalación suiza de almacenamiento de plutonio. Un acuerdo bilateral entre los dos países permitió que el plutonio se transfiriera a los EE. UU. para su posterior almacenamiento. [ 20 ]

La eliminación del plutonio de PSI fue elogiada por la Administración Nacional de Seguridad Nuclear de EE. UU. como una contribución a los esfuerzos mundiales de no proliferación . Suiza fue reconocida por eliminar todo el plutonio separado de su territorio antes de la Cumbre de Seguridad Nuclear de 2016 , en cooperación con las autoridades de EE. UU., el Reino Unido y el OIEA. [ 21 ]

En julio de 2017, se investigó y visualizó la alineación tridimensional de la magnetización dentro de un objeto magnético tridimensional con la ayuda de la tecnología SLS sin afectar el material. Se espera que esta tecnología sea útil para desarrollar mejores imanes, por ejemplo, para motores o almacenamiento de datos. [ 22 ]

Joël François Mesot, director del PSI durante muchos años (de 2008 a 2018), fue elegido presidente de la ETH Zúrich a finales de 2018. Su puesto fue ocupado temporalmente por el físico y jefe de gabinete del PSI, Thierry Strässle, a partir de enero de 2019. [ 23 ] Desde el 1 de abril de 2020, el físico Christian Rüegg es director del PSI. Anteriormente, dirigió la división de investigación de neutrones y muones del PSI.

Numerosas empresas derivadas del PSI se han fundado a lo largo de los años para poner los resultados de la investigación a disposición de la sociedad en general. [ 24 ] La mayor empresa derivada, con 120 empleados, es DECTRIS AG , fundada en 2006 en la cercana Baden, que se especializa en el desarrollo y la comercialización de detectores de rayos X. SwissNeutronics AG en Klingnau, que vende componentes ópticos para instalaciones de investigación de neutrones, se fundó ya en 1999. Varias ramificaciones recientes del PSI, como el fabricante de estructuras metalorgánicas novoMOF o la empresa de desarrollo de fármacos leadXpro, se han establecido cerca del PSI en el Parque Innovaare, que se fundó en 2015 con el apoyo de varias empresas y el cantón de Argovia. [ 25 ]

En 2024, la Agencia Espacial Europea (ESA) y el PSI firmaron un acuerdo para establecer el Centro Europeo de Innovación en Tecnologías Avanzadas Espaciales (ESDI) cerca del campus del PSI en el norte de Suiza. El centro, formalmente parte de la ESA, incluye una plataforma de investigación llamada Phi-Lab, que está integrada en el PSI y apoya iniciativas de innovación. El PSI mantiene una larga relación con la ESA, incluyendo el desarrollo del detector de radiación RADEM para la misión JUICE a Júpiter , lanzada en 2023. [ 26 ]

Edificio administrativo de PSI en PSI Este en Würenlingen

Áreas y departamentos de investigación

PSI desarrolla, construye y opera varias instalaciones de aceleradores , por ejemplo, un ciclotrón  de alta corriente de 590 MeV , que en funcionamiento normal proporciona una corriente de haz de aproximadamente 2,2 mA. PSI también opera cuatro instalaciones de investigación a gran escala: una fuente de luz de sincrotrón (SLS), que es particularmente brillante y estable, una fuente de neutrones por espalación (SINQ), una fuente de muones (SμS) y un láser de electrones libres de rayos X ( SwissFEL ). Esto convierte a PSI actualmente (2020) en el único instituto del mundo que proporciona las cuatro sondas más importantes para investigar la estructura y la dinámica de la materia condensada (neutrones, muones y radiación de sincrotrón) en un campus para la comunidad internacional de usuarios. Además, las instalaciones de blancos de HIPA también producen piones que alimentan la fuente de muones y la fuente de neutrones ultrafríos UCN produce neutrones ultrafríos muy lentos. Todos estos tipos de partículas se utilizan para la investigación en física de partículas. 

La investigación en PSI se lleva a cabo con la ayuda de estas instalaciones. Sus áreas de enfoque incluyen:

Materia y materia

Todos los materiales con los que trabajamos los humanos están compuestos de átomos . La interacción de los átomos y su disposición determinan las propiedades de un material. La mayoría de los investigadores en el campo de la materia y los materiales en PSI desean comprender mejor cómo la estructura interna de diferentes materiales se relaciona con sus propiedades observables. La investigación fundamental en esta área contribuye al desarrollo de nuevos materiales con una amplia gama de aplicaciones, por ejemplo, en ingeniería eléctrica , medicina , telecomunicaciones , movilidad , nuevos sistemas de almacenamiento de energía , computadoras cuánticas y espintrónica . Entre los fenómenos investigados se incluyen la superconductividad , el ferro- y antiferromagnetismo , los fluidos de espín y los aislantes topológicos . [ 27 ]

En el PSI, los neutrones se utilizan intensivamente para la investigación de materiales porque permiten un acceso único y no destructivo al interior de los materiales a una escala que abarca desde el tamaño de los átomos hasta objetos de un centímetro de longitud. [ 28 ] Por lo tanto, sirven como sondas ideales para investigar temas de investigación fundamentales y aplicados, como los sistemas de espín cuántico y su potencial de aplicación en futuras tecnologías informáticas, las funcionalidades de las membranas lipídicas complejas y su uso para el transporte y la liberación dirigida de sustancias farmacológicas, así como la estructura de nuevos materiales para el almacenamiento de energía como componentes clave en redes energéticas inteligentes.

En física de partículas , los investigadores del PSI están investigando la estructura y las propiedades de las capas más internas de la materia y lo que las mantiene unidas. [ 29 ] Los muones, piones y neutrones ultrafríos se utilizan para probar el Modelo Estándar de partículas elementales, determinar constantes naturales fundamentales y probar teorías que van más allá del Modelo Estándar. La física de partículas en el PSI ostenta muchos récords, incluyendo la determinación más precisa de las constantes de acoplamiento de la interacción débil y la medición más exacta del radio de carga del protón. [ 30 ] Algunos experimentos buscan encontrar efectos que no están previstos en el Modelo Estándar, pero que podrían corregir inconsistencias en la teoría o resolver fenómenos inexplicados de la astrofísica y la cosmología. Sus resultados hasta ahora concuerdan con el Modelo Estándar. Ejemplos de ello son el límite superior medido en el experimento MEG de la hipotética desintegración de muones positivos en positrones y fotones [ 31 ] , así como el del momento dipolar eléctrico permanente para neutrones. [ 32 ]

Los muones no solo son útiles en física de partículas, sino también en física del estado sólido y ciencia de los materiales. [ 33 ] El método de espectroscopia de espín de muones (μSR) se utiliza para investigar las propiedades fundamentales de materiales magnéticos y superconductores, así como de semiconductores , aislantes y estructuras semiconductoras, incluyendo aplicaciones tecnológicamente relevantes como las células solares.

Energía y medio ambiente

Los investigadores del PSI abordan todos los aspectos del uso de la energía con el objetivo de lograr un suministro energético más sostenible. Las áreas de enfoque incluyen: nuevas tecnologías para energías renovables , almacenamiento de energía con bajas pérdidas, eficiencia energética , combustión con baja contaminación, pilas de combustible , evaluación experimental y basada en modelos de los ciclos de energía y materiales, impactos ambientales de la producción y el consumo de energía, e investigación en energía nuclear , en particular seguridad de reactores y gestión de residuos .

PSI opera la plataforma experimental ESI (Integración del Sistema Energético) para responder preguntas específicas sobre el almacenamiento estacional de energía y el acoplamiento sectorial . La plataforma puede utilizarse en investigación e industria para probar enfoques prometedores para integrar energías renovables en el sistema energético; por ejemplo, almacenar el exceso de electricidad procedente de energía solar o eólica en forma de hidrógeno o metano . [ 34 ]

En PSI se desarrolló un método para extraer una cantidad significativamente mayor de gas metano de los residuos orgánicos, el cual fue probado con éxito con la ayuda de la plataforma ESI y la compañía eléctrica de Zúrich Energie 360°. El equipo fue galardonado con el premio Watt d'Or 2018 de la Oficina Federal de Energía de Suiza .

En el PSI también se mantiene una plataforma para la investigación de catalizadores. La catálisis es un componente fundamental en diversos procesos de conversión de energía, por ejemplo, en pilas de combustible, electrólisis del agua y metanación del dióxido de carbono.

Para probar las emisiones contaminantes de varios procesos de producción de energía y el comportamiento de las sustancias correspondientes en la atmósfera, PSI también opera una cámara de smog. [ 35 ]

Otra área de investigación en PSI se centra en los efectos de la producción de energía en la atmósfera a nivel local, incluyendo los Alpes, las regiones polares de la Tierra [ 36 ] y China. [ 37 ]

La División de Energía Nuclear y Seguridad se dedica a mantener un alto nivel de especialización nuclear y, por lo tanto, a la formación de científicos e ingenieros en energía nuclear. Por ejemplo, el PSI cuenta con uno de los pocos laboratorios en Europa dedicados a la investigación de barras de combustible en reactores comerciales. La división colabora estrechamente con la ETH Zúrich , la EPFL y la Universidad de Berna , utilizando, por ejemplo, sus supercomputadoras o el reactor de investigación CROCUS de la EPFL.

En 2023, investigadores del PSI, en colaboración con instituciones indias, investigaron la formación de la niebla tóxica nocturna en Nueva Delhi. Descubrieron que las emisiones de la quema de madera y residuos se condensan a temperaturas más bajas para formar partículas finas, un proceso descrito como exclusivo de la ciudad. Los hallazgos se publicaron en Nature Geoscience . [ 38 ]

En 2024, investigadores del PSI, en colaboración con la ETH Zúrich, publicaron un estudio que sugería que la digitalización podría reducir el consumo energético de Suiza entre un 10 % y un 20 % para 2050 en comparación con los niveles de 2020. Basándose en un modelo detallado del sistema energético con seis millones de ecuaciones y variables, el estudio concluyó que las tecnologías mejoradas y los cambios de comportamiento podrían compensar el aumento de la demanda derivado del teletrabajo y el uso de datos, apoyando así la transición hacia un sistema energético con cero emisiones netas. [ 39 ]

Salud humana

PSI es una de las instituciones líderes a nivel mundial en la investigación y aplicación de la terapia de protones para el tratamiento del cáncer. Desde 1984, el Centro de Terapia de Protones ha tratado con éxito a pacientes con cáncer mediante una forma especial de radioterapia. Hasta la fecha, se ha irradiado a más de 7500 pacientes con tumores oculares (datos de 2020). La tasa de éxito de la terapia ocular con el sistema OPTIS supera el 98 %. [ 40 ]

En 1996, una unidad de irradiación (Gantry  1) se equipó por primera vez para utilizar la técnica de protones de escaneo puntual desarrollada en el PSI. Con esta técnica, los tumores profundos del cuerpo se escanean tridimensionalmente con un haz de protones de aproximadamente 5 a 7  mm de ancho. Al superponer muchos puntos de protones individuales (aproximadamente 10 000 puntos por litro de volumen), el tumor se expone uniformemente a la dosis de radiación necesaria, que se monitoriza individualmente para cada punto. Esto permite una irradiación extremadamente precisa y homogénea que se adapta de forma óptima a la forma generalmente irregular del tumor. [ 41 ] La técnica permite preservar la mayor cantidad posible de tejido sano circundante. El primer gantry estuvo en funcionamiento para pacientes desde 1996 hasta finales de 2018. En 2013, el segundo Gantry  2, desarrollado en el PSI, entró en funcionamiento, y a mediados de 2018 se inauguró otra estación de tratamiento, el Gantry  3. [ 42 ]

En el campo de la radiofarmacia , la infraestructura del PSI abarca todo el espectro. En particular, los investigadores del PSI se ocupan de tumores muy pequeños distribuidos por todo el cuerpo. [ 43 ] Estos no pueden tratarse con las técnicas de radioterapia habituales. Sin embargo, se han producido nuevos radionúclidos de aplicación médica con la ayuda de los aceleradores de protones y la fuente de neutrones SINQ del PSI. Al combinarse para la terapia con biomoléculas especiales ( anticuerpos ), se pueden formar moléculas terapéuticas para detectar de forma selectiva y específica las células tumorales. Estas se marcan con un isótopo radiactivo. Su radiación se puede localizar con técnicas de imagen como SPECT o PET , lo que permite el diagnóstico de tumores y sus metástasis. Además, se puede dosificar para que también destruya las células tumorales. En el PSI se han desarrollado varias de estas sustancias radiactivas. Actualmente se están probando en ensayos clínicos, en estrecha colaboración con universidades, clínicas y la industria farmacéutica. [ 44 ] El PSI también suministra radiofármacos a los hospitales locales cuando es necesario. [ 45 ]

Desde la inauguración de la Fuente de Luz de Sincrotrón de Suiza (SLS), la biología estructural se ha convertido en un foco de investigación adicional en el campo de la salud humana. En este ámbito, se investiga la estructura y función de las biomoléculas, preferiblemente a resolución atómica. Los investigadores del PSI se centran principalmente en las proteínas. Toda célula viva necesita una miríada de estas moléculas para, por ejemplo, poder metabolizar, recibir y transmitir señales o dividirse. El objetivo es comprender mejor estos procesos vitales y, por lo tanto, poder tratar o prevenir enfermedades con mayor eficacia. [ 46 ]

Por ejemplo, el PSI está investigando la estructura de los microtúbulos , estructuras filamentosas que, entre otras cosas, separan los cromosomas durante la división celular. Consisten en largas cadenas de proteínas. Cuando se usa quimioterapia para tratar el cáncer, se altera el ensamblaje o la ruptura de estas cadenas para que las células cancerosas ya no puedan dividirse. Los investigadores están observando de cerca la estructura de estas proteínas y cómo cambian para descubrir exactamente dónde los fármacos contra el cáncer deben atacar los microtúbulos. [ 47 ] [ 48 ] Con la ayuda del láser de rayos X de electrones libres SwissFEL del PSI , que se inauguró en 2016, los investigadores han podido analizar procesos dinámicos en biomoléculas con una resolución temporal extremadamente alta: menos de una billonésima de segundo (picosegundo). [ 49 ] Por ejemplo, han detectado cómo ciertas proteínas en los fotorreceptores de la retina de nuestros ojos son activadas por la luz.

Aceleradores y grandes instalaciones de investigación en PSI

Instalación aceleradora de protones

Si bien el acelerador de protones del PSI , que entró en servicio en 1974, se utilizó principalmente en sus inicios para la física de partículas elementales , hoy en día se centra en aplicaciones para la física del estado sólido , los radiofármacos y la terapia contra el cáncer. [ 8 ] Desde que comenzó a operar, se ha desarrollado constantemente y su rendimiento actual alcanza los 2,4  mA, 24 veces superior a los 100  μA iniciales. [ 50 ] Por ello, la instalación se considera ahora un acelerador de protones de alto rendimiento, o HIPA (High Intensity Proton Accelerator) para abreviar. Básicamente, consta de tres aceleradores en serie: el Cockcroft-Walton, el ciclotrón inyector-2 y el ciclotrón de anillo. Estos aceleran los protones a aproximadamente el 80 % de la velocidad de la luz . [ 51 ]

Fuente de protones y Cockcroft-Walton

En una fuente de protones basada en resonancia ciclotrónica , se utilizan microondas para extraer electrones de los átomos de hidrógeno. Lo que queda son los núcleos atómicos de hidrógeno, cada uno compuesto por un solo protón. Estos protones salen de la fuente con un potencial de 60 kilovoltios y luego se someten a un voltaje adicional de 810 kilovoltios en un tubo acelerador. Ambos voltajes son suministrados por un acelerador Cockcroft-Walton . Con un total de 870 kilovoltios, los protones se aceleran a una velocidad de 46 millones de km/h o el 4 por ciento de la velocidad de la luz. [ 52 ] Luego, los protones se introducen en el Inyector-2.

Inyector-1

Con el inyector 1, se podían alcanzar corrientes de funcionamiento de 170  μA y corrientes pico de 200  μA. También se utilizó para experimentos de baja energía, para la terapia ocular OPTIS y para el experimento LiSoR del proyecto MEGAPIE. Desde el 1 de diciembre de 2010, este acelerador de anillo está fuera de servicio.

Inyector-2

El inyector-2, puesto en marcha en 1984 y desarrollado por la entonces SIN, sustituyó al inyector-1 como máquina de inyección para el  ciclotrón de anillo de 590 MeV. Inicialmente, era posible operar el inyector-1 y el inyector-2 alternativamente, pero ahora solo se utiliza el inyector-2 para alimentar el haz de protones al anillo. El nuevo ciclotrón ha permitido aumentar la corriente del haz de 1 a 2  mA, que fue el valor récord absoluto de la década de 1980. Actualmente, el inyector-2 proporciona una corriente de haz de ≈ 2,2  mA en operación rutinaria y de 2,4  mA en operación de alta corriente a 72  MeV, lo que equivale a aproximadamente el 38 % de la velocidad de la luz. [ 53 ]

Originalmente, dos resonadores funcionaban a 150  MHz en modo de cima plana para permitir una clara separación de las órbitas de los protones, pero ahora también se utilizan para la aceleración. Parte del  haz de protones de 72 MeV extraído se puede separar para la producción de isótopos , mientras que la parte principal se introduce en el ciclotrón de anillo para su posterior aceleración.

Anillo

Al igual que el Inyector-2, el Ciclotrón de Anillo, que tiene una circunferencia de aproximadamente 48  m, entró en funcionamiento en 1974. Fue desarrollado especialmente en el SIN y es el núcleo de las instalaciones del acelerador de protones del PSI. Los protones se aceleran al 80 por ciento de la velocidad de la luz en la  pista de aproximadamente 4 km de longitud, que los protones recorren dentro del anillo en 186 vueltas. Esto corresponde a una energía cinética de 590  MeV. [ 54 ] Solo existen tres anillos de este tipo en todo el mundo, a saber: TRIUMF en Vancouver, Canadá; LAMPF en Los Alamos, EE. UU.; y el del PSI. TRIUMF solo ha alcanzado corrientes de haz de 500  μA y LAMPF 1  mA.

Además de las cuatro cavidades originales , en 1979 se añadió una quinta cavidad más pequeña. Esta opera a 150 megahercios como una cavidad de cima plana y ha permitido un aumento significativo en el número de partículas extraídas. Desde 2008, todas las antiguas cavidades de aluminio del ciclotrón de anillo se han sustituido por nuevas cavidades de cobre. Estas permiten mayores amplitudes de voltaje y, por lo tanto, una mayor aceleración de los protones por revolución. El número de revoluciones de los protones en el ciclotrón se pudo reducir de aproximadamente 200 a 186, y la distancia recorrida por los protones en el ciclotrón disminuyó de 6  km a 4  km. Con una corriente de haz de 2,2  mA, esta instalación de protones en PSI es actualmente el acelerador de partículas continuo más potente del mundo. El  potente haz de protones de 1,3 MW se dirige hacia la fuente de muones (SμS) y la fuente de neutrones por espalación (SINQ).

Fuente Suiza de Muones (SμS)

En el centro de la gran sala experimental, el haz de protones del ciclotrón de anillo colisiona con dos blancos: anillos de carbono . Durante las colisiones de los protones con los núcleos atómicos de carbono, primero se forman piones que luego se desintegran en muones después de aproximadamente 26 milmillonésimas de segundo. Luego, los imanes dirigen estos muones a instrumentos utilizados en ciencia de materiales y física de partículas. [ 55 ] Gracias a la corriente de protones enormemente alta del ciclotrón de anillo, la fuente de muones es capaz de generar los haces de muones más intensos del mundo. [ 56 ] Estos permiten a los investigadores realizar experimentos en física de partículas y ciencia de materiales que no se pueden llevar a cabo en ningún otro lugar.

La Fuente Suiza de Muones (SμS) cuenta con siete líneas de haz que los científicos pueden utilizar para investigar diversos aspectos de la física moderna. Algunos científicos de materiales las utilizan para experimentos de espectroscopia de espín de muones . El PSI es el único lugar del mundo donde se dispone de un haz de muones de intensidad suficiente a una energía muy baja de tan solo unos pocos kiloelectronvoltios, gracias a la alta intensidad de muones de la Fuente de Muones y a un proceso especial. Los muones resultantes son lo suficientemente lentos como para ser utilizados para analizar capas delgadas de material y superficies. [ 57 ] Seis estaciones de medición (FLAME (desde 2021), DOLLY, GPD, GPS, HAL-9500 y LEM) con instrumentos para una amplia gama de aplicaciones están disponibles para dichas investigaciones.

Los físicos de partículas están utilizando algunas de las líneas de haces para realizar mediciones de alta precisión con el fin de poner a prueba los límites del Modelo Estándar.

Fuente Suiza de Neutrones por Espalación (SINQ)

La fuente de neutrones SINQ, que ha estado en funcionamiento desde 1996, fue la primera, y sigue siendo la más potente, de su tipo. Proporciona un flujo continuo de neutrones de 10 14  n cm −2 s −1 . [ 58 ] En SINQ, los protones del acelerador de partículas grandes chocan contra un blanco de plomo y expulsan los neutrones de los núcleos de plomo, haciéndolos disponibles para experimentos. [ 50 ] Además de los neutrones térmicos , un moderador hecho de deuterio líquido también permite la producción de neutrones lentos, que tienen un espectro de energía más bajo .

El objetivo MEGAPIE ( Experimento de Pilot Megavatio ) entró en funcionamiento en el verano de 2006. Al reemplazar el blanco sólido por un blanco hecho de un eutéctico de plomo-bismuto , el rendimiento de neutrones pudo incrementarse en aproximadamente otro 80%. [ 59 ]

Dado el elevado coste de desechar el blanco MEGAPIE, en 2009 PSI decidió no producir otro blanco similar y, en su lugar, seguir desarrollando el blanco sólido, que ya había demostrado su eficacia. Basándose en los resultados del proyecto MEGAPIE, fue posible obtener un aumento casi igual en el rendimiento de neutrones para operar con un blanco sólido.

SINQ fue una de las primeras instalaciones en utilizar sistemas de guía óptica especialmente desarrollados para transportar neutrones lentos. Conductos de vidrio recubiertos de metal guían los neutrones a distancias mayores (varias decenas de metros) mediante reflexión total, de forma análoga a la guía de luz en fibras de vidrio, con una baja pérdida de intensidad. La eficiencia de estas guías de neutrones ha aumentado progresivamente gracias a los avances en la tecnología de fabricación. Por ello, el PSI decidió llevar a cabo una actualización integral en 2019. Cuando SINQ vuelva a estar operativo en el verano de 2020, podrá proporcionar, en promedio, cinco veces más neutrones para experimentos, e incluso, en casos excepcionales, hasta 30 veces más.

Los 15 instrumentos de SINQ no solo se utilizan para proyectos de investigación del PSI, sino que también están disponibles para usuarios nacionales e internacionales.

Fuente de neutrones ultrafríos (UCN)

Desde 2011, PSI también ha estado operando una segunda fuente de neutrones por espalación para la generación de neutrones ultrafríos (UCN). [ 60 ] A diferencia de SINQ, es pulsada y utiliza el haz completo de HIPA, pero normalmente solo durante 8 segundos cada 5 minutos. El diseño es similar al de SINQ. Sin embargo, para enfriar los neutrones, utiliza deuterio congelado a una temperatura de 5 Kelvin (equivalente a -268 grados Celsius) como moderador frío. Los UCN generados pueden almacenarse en la instalación y observarse durante unos minutos en experimentos.

Ciclotrón COMET

Este ciclotrón superconductor de 250 MeV ha estado en funcionamiento para terapia de protones desde 2007 y proporciona el haz para el tratamiento de tumores en pacientes con cáncer. Fue el primer ciclotrón superconductor del mundo en utilizarse para terapia de protones. Anteriormente, parte del haz de protones del ciclotrón de anillo se separaba para este fin, pero desde 2007 el centro médico ha estado produciendo su propio haz de protones de forma independiente, que abastece a varias estaciones de irradiación para terapia. [ 61 ] Otros componentes de la instalación, el equipo periférico y los sistemas de control también se han mejorado mientras tanto, de modo que hoy en día la instalación está disponible más del 98 por ciento del tiempo con más de 7000 horas de funcionamiento al año.

Fuente de luz suiza (SLS)

La Fuente de Luz Suiza (SLS), [ 62 ] [ 63 ] un sincrotrón de electrones , ha estado en funcionamiento desde el 1 de agosto de 2001. Funciona como una especie de máquina de rayos X y microscopio combinados para analizar una amplia variedad de sustancias. En la estructura circular, los electrones se mueven en una trayectoria circular de 288  m de circunferencia, emitiendo radiación sincrotrón en dirección tangencial . Un total de 350 imanes mantienen el haz de electrones en su trayectoria y lo enfocan. Las cavidades de aceleración aseguran que la velocidad del haz permanezca constante.

Vista panorámica de la Fuente de Luz Suiza

Desde 2008, el SLS ha sido el acelerador con el haz de electrones más delgado del mundo. Investigadores y técnicos del PSI han trabajado en él durante ocho años y han ajustado repetidamente cada uno de sus numerosos imanes. El SLS ofrece un espectro muy amplio de radiación sincrotrón, desde luz infrarroja hasta rayos X duros. Esto permite a los investigadores obtener imágenes microscópicas del interior de objetos, materiales y tejidos para, por ejemplo, mejorar materiales o desarrollar fármacos. [ 8 ]

En 2017, un nuevo instrumento del SLS permitió observar por primera vez el interior de un chip de computadora sin destruirlo. Se hicieron visibles estructuras como líneas de alimentación de 45 nanómetros de ancho y transistores de 34 nanómetros de alto. Esta tecnología permite a los fabricantes de chips, por ejemplo, comprobar más fácilmente si sus productos cumplen con las especificaciones. [ 64 ]

Actualmente, bajo el nombre provisional de "SLS  2.0", se están elaborando planes para actualizar el SLS y así crear una fuente de luz de sincrotrón de cuarta generación. [ 65 ]

En 2024, investigadores del PSI utilizaron el SLS para establecer un nuevo récord mundial de precisión en imágenes de rayos X, alcanzando una resolución de cuatro nanómetros mediante una técnica denominada pticografía . El trabajo, realizado en colaboración con la EPFL, la ETH Zúrich y la Universidad del Sur de California , permitió obtener imágenes 3D de alta resolución de un chip informático y fue publicado en Nature . Este avance tiene aplicaciones potenciales tanto en tecnología de la información como en ciencias de la vida. [ 66 ]

SwissFEL

El láser de electrones libres SwissFEL fue inaugurado oficialmente el 5 de diciembre de 2016 por el consejero federal Johann Schneider-Ammann. En 2018, la primera línea de haz, ARAMIS, entró en funcionamiento. La segunda línea de haz, ATHOS, está programada para entrar en funcionamiento en otoño de 2020. [ 67 ] A nivel mundial, solo cuatro instalaciones comparables están en funcionamiento. [ 68 ]

Centro de formación

El Centro de Educación PSI cuenta con más de 30 años de experiencia en la formación y el perfeccionamiento profesional en campos técnicos e interdisciplinarios. Capacita a más de 3000 participantes anualmente. [ 69 ]

El centro ofrece una amplia gama de cursos de formación básica y avanzada tanto para profesionales como para otras personas que trabajan con radiación ionizante o materiales radiactivos. Los cursos, en los que los participantes adquieren los conocimientos pertinentes, están reconocidos por la Oficina Federal de Salud Pública (OFSP) y la Inspección Federal Suiza de Seguridad Nuclear (ENSI).

También imparte cursos de formación básica y avanzada para el personal de PSI y personas interesadas del ámbito de la ETH. Desde 2015, también se han impartido cursos sobre desarrollo de recursos humanos (como gestión de conflictos , talleres de liderazgo, comunicación y habilidades transversales).

La calidad del Centro de Formación PSI está certificada (ISO 29990:2001).

Cooperación con la industria

PSI posee alrededor de 100 familias de patentes activas [ 70 ] en, por ejemplo, medicina, con técnicas de investigación para la terapia de protones contra el cáncer o para la detección de priones, la causa de la enfermedad de las vacas locas . Otras familias de patentes se encuentran en el campo de la fotociencia, con procesos especiales de litografía para la estructuración de superficies, en las ciencias ambientales para el reciclaje de tierras raras , para catalizadores o para la gasificación de biomasa, en las ciencias de los materiales y en otros campos. PSI mantiene su propia oficina de transferencia de tecnología para patentes. [ 71 ] [ 72 ]

Por ejemplo, se han concedido patentes para detectores utilizados en cámaras de rayos X de alto rendimiento desarrolladas para la Fuente de Luz de Sincrotrón Suiza (SLS), que pueden utilizarse para investigar materiales a nivel atómico. Estas patentes sentaron las bases para la fundación de la empresa DECTRIS , la mayor empresa derivada de PSI hasta la fecha. [ 73 ] En 2017, la empresa Debiopharm, con sede en Lausana, obtuvo la licencia de la sustancia activa 177Lu-PSIG-2, desarrollada en el Centro de Ciencias Radiofarmacéuticas de PSI. Esta sustancia es eficaz en el tratamiento de un tipo de cáncer de tiroides. Se seguirá desarrollando bajo el nombre DEBIO  1124 con el objetivo de obtener su aprobación y prepararla para su lanzamiento al mercado. Otra empresa derivada de PSI, GratXray, trabaja con un método basado en contrastes de fase en interferometría de red. El método se desarrolló originalmente para caracterizar la radiación de sincrotrón y se espera que se convierta en el estándar de oro en la detección del cáncer de mama. Esta nueva tecnología ya se ha utilizado en un prototipo que PSI desarrolló en colaboración con Philips.

Véase también

Referencias

  1. ↑ "Budgetbericht des ETH-Rats für den ETH-Bereich 2024" [ Informe de presupuesto 2024 ] (PDF) . Junta ETH (en alemán) . Consultado el 26 de febrero de 2024 .
  2. ↑ Revista PSI 5232 , número 3/2018, pág. 39
  3. 1 2 "El Instituto Paul Scherrer en breve" . Consultado el 28 de febrero de 2019 .
  4. ↑ "Datos y cifras" . Consultado el 28 de febrero de 2019 .
  5. ↑ Walter Hagenbüchle (14 de octubre de 2018). "Das Paul-Scherrer-Institut betreibt jene Art von Forschung, die einen langen Atem braucht, entrevista con el director del PSI Joël Mesot" . Neue Zürcher Zeitung . Consultado el 28 de febrero de 2019 .
  6. ↑ Florian Imbach (8 de enero de 2020). "Lotteriefonds-Auswertung - Vor allem Grossinstitutionenprofitieren" . srf.ch. ​Consultado el 8 de enero de 2020 .
  7. ↑ Robin Schwarzenbach (15 de octubre de 2018). "Paul Scherrer - der Mann der ETH für Zukunftsthemen" . Neue Zürcher Zeitung . Consultado el 28 de febrero de 2019 .
  8. 1 2 3 "La historia de PSI" . Consultado el 28 de febrero de 2019 .
  9. ↑ James Kanter (25 de mayo de 2011). "Suiza decide eliminar gradualmente la energía nuclear" . New York Times .
  10. ↑ Leonid Leiva (15 de enero de 2014). "Cómo se cierran los poros de las rocas en depósitos profundos" . PSI . Consultado el 28 de febrero de 2019 .
  11. ↑ "Terapia de protones en PSI" . Consultado el 1 de junio de 2020 .
  12. ↑ Bonani, G. et al.: Altersbestimmung von Milligrammproben der Ötztaler Gletscherleiche mit der Beschleunigermassenspektrometrie-Methode (AMS). Informe del Simposio Internacional de 1992 en Innsbruck. En: Universität Innsbruck (editor): Publicaciones de la Universidad de Innsbruck. Der Mann im Eis. 187. Innsbruck 1992, pág. 108-116
  13. ↑ "El protón es más pequeño de lo que se pensaba: podría reescribir las leyes de la física" . National Geographic . 9 de julio de 2010. Archivado del original el 9 de diciembre de 2019. Consultado el 12 de agosto de 2020 .
  14. ↑ "Protones: más pequeños de lo que pensábamos" . PSI. 8 de julio de 2010. Consultado el 1 de marzo de 2019 .
  15. ↑ Paul Piwnicki (09-03-2011). "Las estructuras básicas de la visión descifradas" . PSI . Consultado el 12-08-2020 .
  16. ↑ "Observación de una nueva partícula con una masa de 125 GeV" . PSI. 4 de julio de 2012. Consultado el 12 de agosto de 2020 .
  17. ↑ "Schweiz lagerte Plutonium für vier Atombomben" . Tages-Anzeiger . tagesanzeiger.ch. 2016-02-28 . Consultado el 12 de agosto de 2020 .
  18. ^ "Überführung von Plutonium in die USA. ¿Handelte es sich um waffenfähiges Plutonium?" . Die Schweizer Bundesversammlung. 2016-03-09 . Consultado el 1 de marzo de 2019 .
  19. ↑ "Schweizer Plutonium war nicht waffenfähig" . Tages-Anzeiger . tagesanzeiger.ch. 2016-03-14 . Consultado el 12 de agosto de 2020 .
  20. ↑ "Transport von aufgelösten Plutoniumlager des Bundes in die USA ist erfolgt" . Eidgenössisches Departement für Wirtschaft, Bildung und Forschung. 2016-02-26 . Consultado el 1 de marzo de 2019 .
  21. ↑ "El plutonio suizo nunca estuvo destinado a la fabricación de bombas" . SWI swissinfo.ch . 15 de marzo de 2016. Consultado el 8 de abril de 2025 .
  22. ↑ Laura Hennemann (20 de julio de 2017). "Tauchgang in einen Magneten" . psi . Consultado el 1 de marzo de 2019 .
  23. ↑ "El Consejo Federal nombra a Gian-Luca Bona miembro del Consejo de Administración de la ETH y a Thierry Strässle director interino del PSI" . 14 de diciembre de 2018. Archivado del original el 17 de octubre de 2021. Consultado el 12 de agosto de 2020 .
  24. ↑ "Empresas derivadas" . Consultado el 1 de junio de 2020 .
  25. ↑ PSI-Magazine 5232 , número 3/2018, págs. 8–20
  26. ↑ "Nuevo centro europeo de tecnología espacial en Suiza lanza su primer proyecto" . SWI swissinfo.ch . 4 de noviembre de 2024. Consultado el 7 de abril de 2025 .
  27. ↑ "Materia y material" . Instituto Paul Scherrer (PSI) . Consultado el 1 de junio de 2020 .
  28. ↑ "Investigación con neutrones y muones (NUM)" . Consultado el 1 de junio de 2020 .
  29. ↑ "Panorama general: Materia y material" . Consultado el 13 de agosto de 2020 .
  30. ↑ "El lado débil del protón" . 7 de enero de 2013. Consultado el 13 de agosto de 2020 .
  31. ↑ "La búsqueda de un esquivo cuervo blanco de la física de partículas" . Octubre de 2013. Consultado el 1 de junio de 2020 .
  32. ↑ "Tras la pista del misterio de la materia" . 28 de febrero de 2020. Consultado el 13 de agosto de 2020 .
  33. ↑ "Investigación con muones" . Instituto Paul Scherrer (PSI) . Consultado el 1 de junio de 2020 .
  34. ↑ "Plataforma ESI" . Consultado el 13 de agosto de 2020 .
  35. ↑ Urs Baltensperger (12 de agosto de 2008). "Formación de aerosoles orgánicos secundarios en una cámara de smog y su vínculo con la atribución de fuentes en la atmósfera real" (PDF) . PSI . Consultado el 1 de marzo de 2019 .
  36. ↑ "Océano Ártico 2018" . Consultado el 1 de marzo de 2019 .
  37. ↑ "Energía limpia para China" (PDF) . Energie-Spiegel . PSI. 1 de noviembre de 2006. Consultado el 1 de marzo de 2019 .
  38. ↑ "Investigadores suizos e indios resuelven el misterio de la niebla tóxica nocturna de Nueva Delhi" . SWI swissinfo.ch . 14 de marzo de 2023. Consultado el 8 de abril de 2025 .
  39. ↑ "El estilo de vida digital podría reducir el consumo de energía en un 20 % para 2050" . SWI swissinfo.ch . 1 de agosto de 2024. Consultado el 7 de abril de 2025 .
  40. ↑ "Tratamiento del cáncer con terapia de protones" (PDF) . Julio de 2017. Archivado del original (PDF) el 4 de marzo de 2021. Consultado el 13 de agosto de 2020 .
  41. ↑ "Escaneo puntual" . Consultado el 1 de marzo de 2019 .
  42. ↑ "Behandlungsräume" . Consultado el 1 de junio de 2020 .
  43. ↑ Sabine Goldhahn (21 de abril de 2016). "Combatir el cáncer desde dentro" . PSI . Consultado el 1 de marzo de 2019 .
  44. ↑ "Debiopharm International SA y el Instituto Paul Scherrer anuncian un acuerdo de licencia para el desarrollo de un nuevo producto radioterapéutico dirigido en oncología" . 11 de octubre de 2018. Consultado el 1 de junio de 2020 .
  45. ↑ "Dieses radioaktive Medikament ist nur 90 Minuten brauchbar – und trotzdem heiss begehrt" . az Aargauer Zeitung . 6 de febrero de 2018 . Consultado el 1 de junio de 2020 .
  46. ↑ "Panorama general: Salud humana" . Instituto Paul Scherrer (PSI) . Consultado el 1 de marzo de 2019 .
  47. ↑ "Las tijeras moleculares estabilizan el citoesqueleto celular" . 24 de junio de 2019. Consultado el 1 de junio de 2020 .
  48. ↑ Prota, Andrea E.; Bargsten, Katja; Zurwerra, Didier; Field, Jessica J.; Díaz, José Fernando; Altmann, Karl-Heinz; Steinmetz, Michel O. (2013). "Mecanismo molecular de acción de los agentes anticancerígenos estabilizadores de microtúbulos" . Science . 339 (6119): 587– 590. Bibcode : 2013Sci...339..587P . doi : 10.1126/science.1230582 . hdl : 10261/65758 . PMID 23287720. S2CID 26824968. Recuperado el 1 de junio de 2020 .  
  49. ↑ "Sensor de luz biológico filmado en acción" . 14 de junio de 2018. Consultado el 1 de junio de 2020 .
  50. 1 2 "El acelerador de protones del Instituto Paul Scherrer: cuarenta años de investigación de primer nivel" . PSI. 24 de febrero de 2014. Consultado el 1 de marzo de 2019 .
  51. ↑ "El acelerador de protones PSI" . Consultado el 1 de marzo de 2019 .
  52. ↑ Laura Hennemann (23-09-2014). "Un tipo confiable de los años 80" . PSI . Consultado el 01-03-2019 .
  53. ↑ "Inyector 2: un preacelerador para protones" . 21 de junio de 2017. Consultado el 2 de junio de 2020 .
  54. ↑ "El acelerador de protones PSI" . Consultado el 1 de junio de 2020 .
  55. ↑ "La fuente de muones SμS" . Consultado el 1 de marzo de 2019 .
  56. ↑ Revista PSI 5232 , número 3/2018, pág. 6
  57. ↑ "Investigación con muones" . Consultado el 2 de marzo de 2019 .
  58. ↑ "SINQ: La fuente suiza de neutrones por espalación" . Consultado el 2 de junio de 2020 .
  59. ↑ "Examen posterior a la irradiación de MEGAPIE: cómo el análisis radioquímico ayuda a observar el interior de un blanco de espalación de metal líquido de alta potencia" . Instituto Paul Scherrer (PSI) . 14 de septiembre de 2016. Consultado el 2 de junio de 2020 .
  60. ↑ Bernhard Lauss (2 de marzo de 2012). "Puesta en marcha de la fuente de neutrones ultrafríos de alta intensidad en el Instituto Paul Scherrer" (PDF) . CORE . Springer Science . Consultado el 2 de junio de 2020 .
  61. ↑ "Ciclotrón COMET" . Archivado del original el 29/09/2020 . Consultado el 01/03/2019 .
  62. ↑ Instituto Paul Scherrer (PSI): Fuente de luz suiza SLS (página principal)
  63. ↑ "La fuente de luz suiza SLS" . Consultado el 1 de marzo de 2019 .
  64. ↑ Paul Piwnicki (16 de marzo de 2017). "Las imágenes de rayos X en 3D hacen visibles los detalles más finos de un chip de computadora" . PSI . Consultado el 1 de marzo de 2019 .
  65. ↑ Streun, Andreas; Garvey, Terence; Rivkin, Lenny; Schlott, Volker; Schmidt, Thomas; Willmott, Philip; Wrulich, Albin (2018). "SLS-2: la actualización de la Fuente de Luz Suiza" . Journal of Synchrotron Radiation . 25 (3): 631– 641. Bibcode : 2018JSynR..25..631S . doi : 10.1107/S1600577518002722 . PMC 5929351. PMID 29714174. Recuperado el 1 de marzo de 2019 .  
  66. ↑ "Instituto de investigación suizo establece récord mundial de precisión" . SWI swissinfo.ch . 3 de agosto de 2024. Consultado el 7 de abril de 2025 .
  67. ↑ Informe anual de PSI , Ausgabe 2017, pág. 11
  68. ↑ Laura Hennemann (07-12-2017). "Primer experimento en SwissFEL realizado con éxito" . PSI . Consultado el 01-03-2019 .
  69. ↑ "Formación y educación continua en el Centro de Educación PSI" . Consultado el 1 de marzo de 2019 .
  70. ↑ "Propiedad intelectual en PSI" . Consultado el 2 de junio de 2020 .
  71. ↑ "Transferencia de tecnología en el Instituto Paul Scherrer" . Archivado del original el 27 de mayo de 2020. Consultado el 2 de junio de 2020 .
  72. ↑ Revista PSI 5232 , número 2/2020
  73. ↑ Sabine Goldhahn (1 de marzo de 2018). "Vom Forscher zum Unternehmer" (PDF) . Revista PSI 5232 . psi . Consultado el 2 de junio de 2020 .
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