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Guerda Massillon, investigadora del Instituto de Física (IF), realizó una investigación básica nunca antes hecha en dosimetría para comprender cómo interactúan los electrones con la materia; el trabajo ha sido elegido para ilustrar la portada del Journal of Physics Condensed Matter, en donde fue publicado el artículo.

La dosimetría es el estudio que mide la cantidad de energía que se deposita en la materia por medio de radiación ionizante. A esta cantidad se le llama dosis y normalmente se aplica en tejidos para atacar, por ejemplo, células cancerígenas. A pesar de los avances en dosimetría, aún es complicado conocer con exactitud las cantidades y el lugar donde se deposita la energía, lo que puede afectar la cantidad de dosis depositada.

En su innovadora investigación, Massillon se puso como objetivo mejorar la precisión en la determinación de la dosis al conocer qué es lo que sucede con los electrones secundarios que depositan su energía en un material específico, en este caso, fluoruro de litio (LiF) dopado con magnesio (Mg).

Trayectoria de la investigación

Massillon ha estudiado el fluoruro de litio desde hace más de una década. Durante su tesis de doctorado, había observado ciertos patrones en el fluoruro de litio dopado con magnesio y titanio que no se podían entender por completo debido a falta de información. Posteriormente, al realizar una estancia en Canadá, Massillon se propuso establecer una relación directa entre la respuesta del dosímetro y el número de electrones que se generan durante la interacción con el material, es decir, por cada interacción, contar cuántos electrones se producen y en dónde.

Dado que la física clásica tiene ciertas limitaciones, no es posible entender lo que sucede durante una interacción si la energía de la partícula es menor que 1 kilo-electronvolt (keV). Debido a esta limitación, la investigadora realizó una segunda estancia en los laboratorios del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST) de Estados Unidos para alcanzar su objetivo.

En el NIST, Massillon contactó al departamento de materia condensada y de nanotecnología, ya que ellos usaban modelos que toman en cuenta efectos cuánticos y ópticos para poder ver las interacciones por debajo del límite de energía antes mencionado (1 keV). Gracias a esto, la investigación pudo tomar marcha al fin.

“Me di cuenta que cada vez tenía más limitaciones y que no había más solución que yo misma ponerme a trabajar en lo que buscaba. Yo tenía que tomar la batuta y dirigir las ideas a donde yo las quería llevar”, cuenta la investigadora a Noticias IFUNAM.

Con el equipo del NIST y la colaboración de Miguel A. Flores Mancera, un curioso estudiante de licenciatura de la Facultad de Ciencia de la UNAM, fue posible calcular las secciones eficaces de interacción de electrones con energías muy bajas como es la energía del gap (bandgap o banda prohibida). “El gap es la energía mínima que necesita un electrón que sale de la banda de valencia para llegar a la banda de conducción”, menciona Massillon.

De esta manera les fue posible conocer la interacción del electrón en la materia. Pero todavía quedaban preguntas por contestar: ¿a dónde van los electrones y qué hacen dentro de la materia?

En 2014, Massillon contactó a Jorge Kohanoff, físico teórico de Queen’s University Belfast en Irlanda del Norte Reino Unido, y en 2015 comenzaron a colaborar cuando Guerda inició su año sabático en dicho país. Cabe mencionar que Kohanoff se interesó particularmente en la investigación debido a que era algo que nunca había hecho, además, fue quien postuló a Massillon para el premio “Research Fellow” de la Royal Society en 2015 considerando la importancia del proyecto propuesto.

Relevancia y aplicaciones

A finales del 2018, Massillon, Johnston (estudiante recién doctorado de Kohanoff) y Kohanoff publicaron los primeros resultados del proyecto. Lo que realizaron los investigadores fue dosimetría básica, es decir, tratar de entender el proceso de interacción entre electrones y materia. “Para que esto sea aplicado necesitamos proporcionar información básica sobre cómo funciona, así entonces el uso será más eficiente”, afirma Massillon.

Parte de los estudios consistió en introducir átomo de magnesio dentro de la red cristalina de LiF para que éste busque por sí solo su posición más favorable entre los átomos de litio y flúor, creando así una distorsión en la red inicial del material, pues abre un nuevo espacio en la misma. Esto sucede antes de la radiación y se le llama proceso de relajación, que consiste en dejar que el magnesio actúe por su propia cuenta y prepare un espacio para cuando lleguen los electrones. Así, cuando llega la radiación, el electrón se queda en la distorsión creada por el magnesio.

La investigadora afirma también que al entender dichos procesos es posible tener una mejor relación entre la energía depositada en el material, y la respuesta del dosímetro. Así, será mucho más óptima en su utilización, ya que normalmente existe una discrepancia entre la energía que se cree depositada y la que realmente se deposita. La relevancia radica en entender lo que pasa con la interacción de la radiación y la materia en sí misma.

Massillon menciona que este estudio podría aplicarse en diferentes ramas de la ciencia, tales como física médica, para cuestiones de diagnóstico o tratamiento de radioterapia; ciencia espacial, para identificar partículas y evaluar su radiación; ciencia ambiental, para determinar la radiación que provocó algún accidente; entre otras.

De igual manera, los resultados del estudio serán útiles para la física atómica y de materia condensada, puesto que podrán saber cómo interacciona un dopante (elemento adicional a los del material) adentro de un material.

Cabe resaltar que sin la iniciativa y perseverancia que mantuvo Guerda Massillon, la investigación no hubiera ni siquiera sucedido, así que, además de un estudio innovador, esta investigación significa un reto personal digno de tomar como ejemplo para cuando las limitaciones parezcan demasiado imponentes. Después de todo, de eso se trata la ciencia, de perseguir hasta alcanzar, sin importar cuántas veces haya que intentarlo.