Canciones radiactivas I. La Orquesta radiactiva

En 1897 Marie y Pierre Curie aislaron el radio en la célebre barraca de la Escuela de Física y Química de París, aterrorizados por la inquietante luminosidad azul de esta sustancia en la oscuridad, fueron los primeros en observar un fenómeno extraterrestre, un fenómeno que vas más allá del mundo habitual de nuestro entorno. Hoy sabemos que lo que vieron los Curie era un vestigio de la época lejana en la que la materia terrestre se encontraba en un ámbito muy diferente, en una estrella que luego estalló. Las sustancias radiactivas son los últimos testigos, las últimas brasas, aún enrojecidas, de épocas inmemoriales durante las cuales se formaron nuestros elementos.

Victor Weisskopf. La revolución cuántica.
AKAL, 1989

La radiactividad nos conecta con nuestro pasado más remoto, con nuestro origen, sin embargo permaneció oculta durante siglos y no fue descubierta hasta los últimos años del S.XIX. Eso a pesar de estar muy cerca de nosotros, tanto que cada minuto, en nuestro propio cuerpo, tienen lugar cientos de miles de desintegraciones radiactivas. La mayor parte tienen su origen en el potasio-40, un isótopo radiactivo del potasio, elemento muy importante para nuestras células. Pero, en contra de lo que pensaría cualquier fan de los Simpsons, acostumbrado al resplandor verdoso emitido frecuentemente por el Sr. Burns, la mayor parte de las veces la radiactividad es absoluta y totalmente imperceptible. El mito tiene su origen en la luminosidad azul verdosa observada en las primeras muestras de radio extraídas por el matrimonio Curie y de la que dejaron constancia en sus notas de laboratorio. Lo que observaron los Curie era, en realidad, un fenómeno de fluorescencia inducido, eso sí, por el radio radioactivo. La muestras de radio de Marie y Pierre Curie contenían bromuro de radio y cloruro de uranio compuestos que son ligeramente fluorescentes (para saber más).

El Sr. Burns tras toda una vida dedicada a trabajar en su Central Nuclear.

El Sr. Burns tras toda una vida dedicada a trabajar en su Central Nuclear.

Así que, en general, la radioactividad no es algo que podamos percibir: para poder detectar cualquiera de los “destellos” que se emite desde lo más profundo de los átomos se necesitan sofisticados instrumentos de medida. O, al menos, así era hasta ahora… hasta el día en que nació la Orquesta radiactiva. Recientemente la Kärnkraftsäkerhet och Utbildning (KSU), una compañía sueca dedicada a la seguridad y formación en materia nuclear, ha reunido a un par de artistas, Kristofer Hagbard y Dan Henriksson, a un productor musical, Axel Boman, y a un físico, Georg Herlitz, y los ha puesto a trabajar juntos para acercar la radiactividad a nuestros sentidos. El proyecto se ha materializado en un disco (que puede comprarse en amazon), en una página web en la que podemos componer canciones basadas en los espectros de desintegración de distintos isótopos, y ha culminado con la fabricación de un “instrumento musical” que puede tocarse utilizando muestras radiactivas. Según nos cuentan los padres de la criatura, el objetivo de la Orquesta radiactiva no es tanto que entendamos los procesos de desintegración nuclear como proporcionar nuevas formas de acercarnos a un mundo, el subatómico, imperceptible para nosotros.

Tres artistas y un físico (sentado). De izquierda a derecha: Dan Henriksson, Georg Herlitz, Axel Boman y Kristofer Hagbard

Tres artistas y un físico (sentado). De izquierda a derecha: Dan Henriksson, Georg Herlitz, Axel Boman y Kristofer Hagbard

Como ya expuso nuestro superhéroe favorito, Radiactivo Man, en una entrada anterior de este blog, cada isótopo radiactivo, de acuerdo con su composición de protones y neutrones y de la estructura particular de los niveles energéticos propios de su núcleo, presenta un patrón característico de desintegración. ¿Qué significa esto? En palabras llanas significa que, las partículas que emite el núcleo en su tortuoso periplo hacia la estabilidad, esto es: el tipo de partícula, su energía y las probabilidades asociadas a su emisión, son siempre las mismas. La “melodía” que interpretan al sufrir las transformaciones son su sello de identidad, lo que los convierte en diminutas cajas de música. Observemos por ejemplo cómo es el esquema de desintegración radiactiva -el diagrama en el que se representan los niveles y transiciones energéticas- del potasio-40.

Esquema de desintegración del potasio-40.

Esquema de desintegración del potasio-40 (Idaho National Laboratory).

El esquema representa, en la parte superior, el potasio-40, y las flechas indican la transición mediante desintegración a otros núcleos. No sabemos si un núcleo concreto se transformará en argón o en calcio, pero lo que sí sabemos es que si tenemos una muestra con un gran número de átomos, el 10.72% de ellos se desintegrará transformándose en argón-40, y el 89,28% lo hará a calcio-40. Fijémonos en la transformación a argón-40: la mayor parte (10.67%) tendrá lugar a un estado excitado (2+) del argón-40, estado que se desexcitará al estado fundamental (estable), emitiendo un fotón de 1460.75 keV. El resto de transiciones que aparecen en el diagrama no ocurren mediante la emisión de fotones, sino de partículas con masa, en este caso, electrones (beta-) y positrones (beta+).

Basándose en esquemas de desintegración como el anterior, Kristofer Hagbard ha creado un software que asocia a cada transición un sonido con un conjunto dado de cualidades: frecuencia, altura, intensidad y timbre. Este es el software que utilizó el productor Alex Boman para la composición del disco “RADIOACTIVE ORCHESTRA featuring AXEL BOMAN” que contiene canciones con títulos tan sugerentes como “Two nuclei of Xenon-131 alternating E-level ξ and 1721 keV” y del que pueden escucharse fragmentos en la página web del proyecto. Lo más interesante, en cualquier caso, es que una versión simplificada de este software está a disposición de todo el mundo para que cada uno componga sus propias canciones radiactivas aquí.

Página web de la orquesta para componer nuestra propia canción radioactiva.

Página web de la orquesta para componer nuestra propia canción radioactiva.

Pero esto no es todo, Hagbard ha ido un poco más lejos y además del software ha creado también el hardware, lo que él afirma ser el primer instrumento musical “radiactivo” de la historia. ¿En qué consiste?, ¿cómo suena? Pues bien, en primer lugar no es un instrumento y tampoco es radiactivo, dicho sea de paso… Como ya se ha explicado, los instrumentos son los distintos isótopos, el aparato en cuestión es esencialmente un detector de centelleo enchufado a un Macbook Air, y su sonido depende del isótopo radiactivo con el que lo “toquemos”: más que un instrumento, es un receptor. El detector consiste en un cristal de yoduro de sodio (NaI) con una ligera impureza de talio (Tl) acoplado a un tubo fotomultiplicador. El cristal absorbe los fotones que emiten los isótopos y transforma su energía en señales luminosas. El tubo fotomultiplicador transforma la señal luminosa en señales eléctricas, más fáciles de procesar. Esta señal contiene información sobre las energías emitidas, la información representada en el esquema de desintegración, y se transmite al ordenador, donde es traducida en sonidos por el software. A pesar de su sencillez, el resultado es bastante espectacular y puede verse en el video de la charla TEDx que encontrarán al final de esta entrada (les recomiendo que salten hasta el minuto 11 que es donde empieza la acción).

Así y todo, este universo de isótopos radiactivos, emisiones gamma y detectores que he descrito hasta ahora es algo bastante común, ¿dónde?… en un servicio de medicina nuclear. Si bien es cierto que allí se utilizan con un fin muy distinto, el de obtener imágenes de los procesos metabólicos que tienen lugar en nuestro cuerpo. Detectores esencialmente idénticos al utilizado por Hagbard, son la base de las gammacámaras, que son los “instrumentos” encargados de conformar la imagen de los isótopos radiactivos que se inyectan en nuestro cuerpo para que revelen lo que ocurre en nuestro interior. Los elementos pertenecientes al mismo grupo de la tabla periódica pueden, hasta cierto punto, intercambiarse unos por otros en nuestro organismo. El estroncio puede sustituir al calcio en el metabolismo de los huesos y el rubidio puede reemplazar al potasio. Incluso elementos más pesados pueden funcionar, como por ejemplo el Tl-201, que también puede sustituir al potasio y que es un radionucleido utilizado en estudios cardiacos. Se trata de encontrar la melodía adecuada, la que sintoniza por un lado con nuestro organismo y por otro con los equipos que nos permiten medir con precisión la radiación que van a emitir en su decaimiento. Para poder ser utilizados en el diagnóstico los isótopos deben cumplir ciertas condiciones. Para empezar, como ya se ha dicho, deben ser interesantes desde un punto de vista biológico, de forma que puedan intervenir en los procesos que pretendemos observar. Además deben emitir fotones, preferentemente en el rango de 100-200 keV, que es el óptimo para los detectores utilizados en las gammacámaras actuales. Por último deben tener un periodo de semidesintegración corto con el fin de que desaparezcan rápidamente del organismo. Desde mediados de los años 60 del siglo pasado el isótopo más ampliamente utilizado en medicina nuclear es el tecnecio-99m (la “m” significa metaestable) con un periodo de semidesintegración de unas 6 horas y que emite fotones de 140 keV. Existen decenas de radiofármacos basados en el tecnecio-99m que se utilizan para estudios funcionales del cerebro, el miocardio, la glándula tiroidea, los pulmones, el hígado, la vesícula biliar, los riñones, el esqueleto, la sangre y los tumores.

Gammacámara de doble cabezal

Gammacámara Siemens de doble cabezal (Autor: Ytrottier. Licencia: Attribution-Share Alike 3.0 Unported)

Detectores en el cabezal de la gammacámara

Cabezal de una cámara gamma Siemens Symbia en la que se observa la disposición de los tubos fotomultiplicadores. (Foto: Eugene Mah. Licencia: Attribution-NonCommercial-NoDerivs 2.0 Generic)

Me veo obligado a terminar con un giro amargo. En palabras de Hagbard “el objetivo no era crear la sonificación definitiva de la radiación, sino experimentar con la ciencia como punto de partida para hacer arte“ y aunque eso es lo que hace interesante la propuesta, desgraciadamente, y a juicio del que redacta esta líneas, el resultado dista mucho de ser algo más que una mera correspondencia entre patrones. Las composiciones de Boman carecen de un espíritu genuino y suenan a lo que son, un encargo manufacturado con más o menos entusiasmo por un conjunto de profesionales, eso sí, muy competentes. Carecen de veracidad, de entrañas, son anodinas y no transmiten más que ligeros destellos que a duras penas alcanzan a atravesar la nebulosa bruma de su, por otra parte, más que loable planteamiento. Tanto el software como el instrumento de Hagbard no pasan de ser juguetes más o menos curiosos. Si queremos transmitir la emoción y el desasosiego que embargaba el corazón de Pierre Curie cada vez que contemplaba el destello azulado de su pequeña muestra de radio hace falta algo más. Pero juzguen por ustedes mismos, el siguiente capítulo de esta serie lo dedicaré a “Ionization” de Edgar Varèse, y ya verán, que eso son palabras mayores.

7 Respuestas a “Canciones radiactivas I. La Orquesta radiactiva

  1. Muy interesante post, mi enhorabuena Gaspar.

    Sólo como cultura general quería comentar que los fenómenos radiativos (fotoluminiscentes) con radiaciones ionizantes (ultravioletas) ya eran conocidos en la antigüedad y fueron estudiados incluso por Newton y Stokes. De hecho, fue éste último quien demostró con el uso de filtros que el cuarzo era atravesado por las radiaciones ultravioletas, mientras que el vidrio ordinario no.

    Ni que decir tiene que la naturaleza estas radiaciones es totalmente diferente de la del radio, pero está bien saber que antes de Becquerel y Curie ya había un trabajo previo en esta línea. También que los exploradores españoles del siglo XVI quedaron extasiados por estos fenómenos luminiscentes tan espectaculares en la naturaleza (con auroras, algas, insectos, minerales o árboles luminiscentes).

    • Gracias Agustín. Y gracias por ampliar la información sobre los fenómenos de fluorescencia. Precisamente me he referido a ellos porque en la cultura popular se suele asociar la radiactividad al fulgor verdoso de la fluorescencia. No quería dejar de mencionar el origen de esa asociación y el hecho de que se trata de dos fenómenos que no están necesariamente vinculados. No he podido extenderme mucho más sobre este asunto porque el post ya era más bien largo. Afortunadamente lo has comentado y así queda mucho más claro.

  2. Felicidades por el post, Gaspar. Aunque sea por alusión indirecta (porque soy músico aficionado) tengo que hacer algunos comentarios. Vaya por delante que, como elemento de entretenimiento, me parece un producto simpático y bien elaborado.
    Pero vamos a lo que vamos: vale que la intensidad de la emisión la podamos asociar al “volumen” de la nota que se escucha. Es discutible, aunque podríamos concederlo como licencia poética, la asignación de los timbres (trompeta, violín, etc), en función de no sé qué criterio. Pero lo que más me choca es que sus resultados suenan “sospechosamente bien afinados”. Desde que nuestro querido Juan Sebastian Bach sentó las bases de la música occidental con su obra “El clave bien temperado”, en las que dividía el intervalo sonoro de una octava (la diferencia de frecuencias que hay, por ejemplo, entre un Do en el teclado de un piano y el siguiente Do) en doce partes exactamente iguales, todo lo que no se ajuste a ese patrón resulta chocante a nuestra mentalidad musical. No acabo de imaginar que las energías de emisión de todas las desintegraciones posibles puedan agruparse en 12 paquetes en los que la energía de cada elemento (frecuencia, si pensamos en música) sea múltiplo exacto de sus compañeros de grupo y que además, el incremento de energía entre un paquete y otro sea fijo. Y del acompañamiento de percusión, mejor ni hablamos.

    • Muchas gracias por tu oportuno comentario.

      Al parecer estos señores han hecho todas las concesiones que han creído necesarias. No parece que hayan ido mucho más lejos de asignar notas en función de las frecuencias de las transiciones energéticas y eso de la forma que les haya resultado más conveniente. Entiendo que las frecuencia se ha aproximado a los valores necesarios para que se correspondiesen con notas en vez de realizar la traducción en sonido directamente. Y esto para cada isótopo, no parece que exista una coherencia en la asignación que sea válida para todos los isótopos y transiciones existentes. A parte de eso juegan con la ocurrencia aleatoria de las transiciones y sus probabilidades como elemento característico de cada instrumento/isótopo. La asignación del timbre parece totalmente arbitraria.

      A mi también me ha parecido que el resultado final es muy pobre pero como herramienta didáctica o divertimento está bien, no creo que pretenda mucho más. Y sí, de la percusión, como has podido leer he preferido no hablar.

  3. Como técnica es ingeniosa, aunque puede quedar pobre debido a la repetibilidad de sonidos. No obstante, se podría también asociar un patrón de imágenes dinámicas que a su vez interactuaran entre ellas. El resultados podría ser una música ambiental con imágenes relajantes, ideal para una sala de espera … sólo habría que ir cambiando de radioisótopo para “pasar de pista”.
    Os animo a probar la app “NodeBeat”, con poca dedicación se obtiene melodías aceptables, te puedes crear tu propia música y subirla a tu cuenta de Soundcloud.

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