Centro GSI Helmholtz para la investigación de iones pesados

El GSI Helmholtz Center for Heavy Ion Research (en alemán: GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung) es un centro de investigación de iones pesados (Schwerion [de]) centro de investigación en el suburbio Wixhausen de Darmstadt, Alemania. Fue fundada en 1969 como la Sociedad para la Investigación de Iones Pesados (en alemán: Gesellschaft für Schwerionenforschung), abreviada GSI, para realizar investigaciones sobre y con aceleradores de iones pesados. Es el único gran centro de investigación de usuarios en el Estado de Hesse.

El laboratorio realiza investigación básica y aplicada en física y disciplinas relacionadas con las ciencias naturales. Los principales campos de estudio incluyen la física del plasma, la física atómica, la estructura nuclear y la investigación de reacciones, la biofísica y la investigación médica. El laboratorio es miembro de la Asociación Helmholtz de Centros de Investigación Alemanes.

Los accionistas son el Gobierno Federal Alemán (90 %) y el Estado de Hesse, Turingia y Renania-Palatinado. Como miembro de la Asociación Helmholtz, el nombre actual se le dio a la instalación el 7 de octubre de 2008 para darle una mayor conciencia nacional e internacional.

El Centro Helmholtz de GSI para la investigación de iones pesados tiene asociaciones estratégicas con la Technische Universität Darmstadt, la Universidad Goethe de Frankfurt, la Universidad Johannes Gutenberg de Mainz y el Instituto de Estudios Avanzados de Frankfurt.

Investigación primaria

La herramienta principal es el acelerador de iones pesados que consta de:

• UNILAC, el acelerador lineal universal (energía de 2 a 11.4 MeV por núcleo)
• SIS 18 (Schwer-Ionen-Synchrotron), el sincrotrón de iones pesados (0.010 – 2 GeV/u)
• ESR, el anillo de almacenamiento experimental (0.005 – 0.5 GeV/u)
• FRS Fragment Separator.

El UNILAC fue comisionado en 1975; el SIS 18 y el ESR se agregaron en 1990 aumentando la aceleración de iones del 10% de la velocidad de la luz al 90%.

Elementos descubiertos en GSI: bohrium (1981), meitnerium (1982), hassium (1984), darmstadtium (1994), roentgenium (1994) y copernicium (1996).

Elementos confirmados en GSI: nihonium (2012), flerovium (2009), moscovium (2012), livermorium (2010) y tennessine (2012).

Desarrollos tecnológicos

Otra tecnología importante desarrollada en GSI es el uso de haces de iones pesados para el tratamiento del cáncer (desde 1997). En lugar de usar radiación de rayos X, se usan iones de carbono para irradiar al paciente. La técnica permite tratar tumores que están cerca de órganos vitales, lo que no es posible con rayos X. Esto se debe al hecho de que el pico de Bragg de los iones de carbono es mucho más nítido que el pico de los fotones de rayos X. Una instalación basada en esta tecnología, llamada Heidelberger Ionenstrahl-Therapiezentrum (HIT), construida en el Centro Médico de la Universidad de Heidelberg, comenzó a tratar pacientes en noviembre de 2009.

Instalaciones distintas a UNILAC y SIS-18

Parte de la instalación de ESR.

• Dos láseres de alta energía, el nhelix (Nanosecond High Energy Laser for heavy Ion eXperiments) y el Phelix (Petawatt High Energy Laser for heavy Ion eXperiments).
• Detector de Neutron de gran área (LAND).
• Separador de FRagment (FRS) – El Separador de Fragmento GSI o FRS es una instalación construida en 1990. Produce y separa diferentes rayos de iones radiactivos (normalmente). El proceso se realiza a partir de una viga estable acelerada por la UNILAC y luego la SIS impulsando un objetivo de producción. De esto se producen muchos fragmentos. El rayo secundario es producido por la selección magnética de los iones.
• Anillo de almacenamiento experimental (ESR) en el que se pueden almacenar grandes cantidades de iones radiactivos altamente cargados durante largos períodos de tiempo con energías de 0.005 – 0.5 GeV/u. Esta instalación proporciona los medios para realizar mediciones precisas de sus modos de desintegración. El descubrimiento de un nuevo fenómeno misterioso se conoce como la anomalía GSI.

Evolución futura

En los próximos años, GSI evolucionará a una estructura internacional llamada FAIR para Instalaciones para la investigación de iones y antiprotones: un nuevo sincrotrón (con una rigidez magnética respectiva de 100 T⋅m), un Super-FRS y varios anillos nuevos entre los que se puede utilizar para la investigación de antimateria. La mayor parte de la instalación se pondrá en marcha en 2022; la operación completa está prevista para 2025.

La creación de FAIR fue firmada conjuntamente el 7 de noviembre de 2007 por 10 países: Finlandia, Francia, Alemania, India, Rumania, Rusia, Eslovenia, Suecia, Reino Unido y Polonia. Los representantes incluyeron a Annette Schavan, la ministra federal de ciencia de Alemania y Roland Koch, el primer ministro del estado de Hesse.