De robots geólogos y rayos X

La Facultad de Ciencias de Bilbao comenzó su andadura en el curso 1968/69. 50 años después la Facultad de Ciencia y Tecnología de la UPV/EHU celebra dicho acontecimiento dando a conocer el impacto que la Facultad ha tenido en nuestra sociedad. Publicamos en el Cuaderno de Cultura Científica y en Zientzia Kaiera una serie de artículos que narran algunas de las contribuciones más significativas realizadas a lo largo de estas cinco décadas.

Cuando se habla de geología se suele poner en perspectiva la escala temporal. Hablar del tiempo en términos geológicos supone hablar en millones de años. Por lo tanto, hablar de un periodo de tiempo de 50 años apenas significa un suspiro en la historia de nuestro planeta. Irrisorio a escala geológica, pero enorme a escala del/la geólogo/a. Concretamente el último medio siglo ha sido una vorágine de logros científicos y para muestra solo hemos de mirar aquello que tengamos sobre la mesa, en nuestro bolsillo o, mismamente, el instrumento a través del cual estemos leyendo este artículo.

Hace 50 años Neil Amstrong y Buzz Aldrin ponían los pies en la luna en lo que probablemente sea el mayor símbolo del progreso de nuestra especie en el último siglo. Lo que menos gente sabe es que uno de los objetivos de la tripulación del Apolo 11 era recoger muestras del suelo lunar. Una suerte de geólogos espaciales que se trajeron de vuelta a la tierra 22 kg de muestras que después fueron analizadas mediante difracción de rayos X.

Y es aquí donde llegamos al meollo de la cuestión, al entrar en la relación entre la exploración del terreno (terrestre o lunar) como una de las labores fundamentales del/la geólogo/a y la difracción de rayos X como una técnica ya rutinaria en la geología, transversal a casi todas las ciencias y herramienta fundamental para el progreso de nuestra especie. No sólo en los últimos 50 años, sino en los últimos 120. Para entender su importancia y trascendencia es imperativo retroceder a finales del siglo XIX, a la Universidad de Würzburg, Alemania.

Wilhelm Conrad Röntgen era catedrático de física de aquella universidad y su investigación se centraba en el poder de penetración de los rayos catódicos. El 8 de noviembre de 1895, cuando se encontraba experimentando el poder de penetración de los rayos catódicos, observó que una placa de cartón cubierta de cristales de platino-cianuro de bario, emitía una fluorescencia. Ésta desaparecía cuando desconectaba la corriente. La tarde de ese viernes llamo a su esposa Anna a la que pidió que pusiera la mano ante aquella placa de cartón. Anna tuvo que estar quieta 15 minutos y después contempló una imagen de su mano, pero en esta podía ver a través de su piel, sus huesos. Se dice que la reacción de su Anna fue una mezcla de fascinación y temor al ver aquella imagen, la primera radiografía de la historia.

Figura 1. Primera radiografía de la historia de la mano de Anna Bertha Röntgen [1]

Röntgen corrió a publicar sus hallazgos un mes más tarde en la Sociedad de Física y Medicina en Würzburg. En aquella publicación contaba que una radiación desconocida se emitía desde el tubo y seria la causante de esa fluorescencia en la placa de platino-cianuro de bario. Nombró a la radiación con la letra de las incógnitas matemáticas, por no saber exactamente lo que era. Este fue el descubrimiento de los rayos X, un tipo de “luz” distinta, un tipo de radiación electromagnética con una longitud de onda similar al tamaño de los átomos y el inicio de una revolución científica en toda regla que le valió el premio Nobel de física a Röntgen en 1901. El primer premio Nobel de física de la historia.

Los años posteriores fueron todo un vergel en cuanto al uso e investigación de los rayos X destacando el nombre de 3 personas que culminan el trabajo que comenzó Röntgen.

El primero de ellos fue Max Von Laue, que estudió el fenómeno de la difracción de los rayos x que se producía al incidir con la materia cristalina. Laue irradiaba sobre cristales obteniendo unos patrones de difracción en los que se apreciaba una simetría concreta que estaba relacionada con la disposición de átomos y moléculas que los componían. Esto supuso el premio Nobel de física en 1914 y el motivo del siguiente Nobel de física en 1915 para William Henry Bragg y William Lawrence Bragg, por definir matemáticamente el fenómeno de la difracción de los rayos X y resolver la primera estructura cristalina: el mineral de la halita.

Figura 2. Patrón de difracción de Laue [2]

Hasta ese momento no se tenía constancia de cuál era la organización de átomos, iones y moléculas que componían la materia, por lo que estas contribuciones nos abrieron una ventana para “ver” con otro tipo de “luz” los materiales a otro nivel. Metafóricamente, podríamos decir Röntgen encendió esa luz, Laue la enfocó hacia la materia y los Bragg miraron en su interior. Y este grupo de célebres científicos de principios de siglo XX, con sus logros, nos lanzaron un poderoso mensaje: si podemos cristalizar algo, utilizando la difracción de los rayos X, podremos saber cómo se disponen los átomos, iones y moléculas que lo componen, y por tanto estudiar y comprender sus propiedades y saber cómo aplicarlas.

Figura 3. Ley de Bragg (izqda). W. Henry Bragg (arriba) y W. Lawrence Bragg (abajo).

Era el inicio de una nueva disciplina: La cristalografía de rayos X. Una de las áreas del conocimiento más transversales a todas las ciencias y más prolíficas en cuanto a generación del conocimiento. 29 premios Nobel y casi 50 personas laureadas dan buena cuenta de ello. Ha supuesto, supone y supondrá una herramienta fundamental para el progreso de nuestra especie que ha procurado avances como la comprensión del enlace químico, los cristales líquidos, nuevos materiales como el fullereno, los cuasicristales o la resolución de la estructura del ADN así como la de multitud de proteínas y hormonas responsables de enfermedades o de procesos biológicos vitales.

Todos estos frutos de incuestionable trascendencia en nuestro progreso gracias a una disciplina que nace del estudio de los minerales y que está lejos del imaginario popular de revolución científica, como lo pudiera ser la llegada a la luna. 50 años más tarde exploramos otro planeta gracias a la cristalografía de rayos X, pues los Rover que enviamos a Marte llevan incorporados equipos de difracción de rayos X que analizan el suelo marciano. Es decir, robots geólogos hasta que podamos enviar a geólogos/as de carne y hueso a hacer su tradicional trabajo de campo. Un símbolo del alcance de la cristalografía.

A dónde nos llevará esta disciplina es algo aventurado de adivinar, pues como decía Niels Bohr “hacer predicciones es muy difícil, especialmente cuando se trata del futuro”. Sin embargo, es casi una certeza que la cristalografía nos acompañará en nuestros próximos descubrimientos. No habrá que esperar periodos de tiempo geológico para que vuelva a sorprendernos.

Para saber más:

[1] U. Busch (2016) “Wilhelm Conrad Roentgen. El descubrimiento de los rayos x y la creación de una nueva profesión médica” Rev Argent Radiol. 80(4), 298-307. DOI: 10.1016/j.rard.2016.08.003

[2] CSIC (2019), Cristalografía

Sobre el autor: Eder Amayuelas se doctoró en la Facultad de Ciencia y Tecnología de la UPV/EHU y actualmente es investigador en el CNRS (Francia).

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