El láser de Diocles es tan brillante como mil millones de soles y podría allanar el camino para la próxima generación de tecnología de rayos X.
El lunes, un grupo de físicos del Laboratorio de Luz Extrema de la Universidad de Nebraska-Lincoln anunció haber creado la luz más brillante jamás producida en la Tierra utilizando Diocles, uno de los láseres más potentes de Estados Unidos.
Al disparar este láser hacia electrones individuales, los investigadores encontraron que pasando cierto umbral, el brillo de la luz podrá cambiar la apariencia de un objeto en lugar de simplemente hacerlo más brillante.
"Cuando tenemos esta luz inimaginablemente brillante, resulta que la dispersión [de los fotones] –algo fundamental para que todo sea visible– cambia en la naturaleza", dijo Donald Umstadter, físico de la Universidad de Nebraska-Lincoln, en una declaración.
Para apreciar lo que Umstadter y sus colegas han logrado, hay que considerar la forma en que la luz funciona normalmente. Cuando los fotones de una fuente de luz como el sol o un foco golpean un objeto, esos fotones interactúan con las nubes de electrones que rodean los núcleos de los átomos que componen ese objeto. Para ser más precisos, cuando los fotones golpean estas partículas cargadas negativamente, se dispersan con el mismo ángulo y energía que el fotón poseía antes de la interacción con el electrón. Este efecto de dispersión es producido por las interacciones entre los fotos y los electrones que nos permiten ver objetos.
En la naturaleza, un electrón individual interactúa con un fotón individual con muy poca frecuencia, aproximadamente cada cuatro meses, según Umstadter. Además, el brillo de la fuente de luz no afecta la forma en que los fotones interactúan con los electrones. Los fotones aún conservan su energía y ángulo después de golpear a los electrones.
Sin embargo, Umstadter y sus colegas descubrieron que esto sólo es cierto hasta cierto umbral de intensidad de la luz. Pasando este umbral, las fuentes de luz de intensidad ultra alta harán que el ángulo del fotón y la longitud de onda cambien después de golpear al electrón. El efecto es que el objeto cambie de apariencia, en lugar de simplemente volverse más brillante.
En el experimento, Umstadter y sus colegas suspendieron electrones en helio y luego con el láser de Diocles golpearon estos electrones individuales. Normalmente, sólo es posible que un solo fotón interactúe con un solo electrón a la vez. Pero en el experimento de la Universidad de Nebraska, los investigadores golpearon un solo electrón con aproximadamente 1.000 fotones durante cada pulso láser, que duró aproximadamente 30 billonésimas de una millonésima de segundo.
Cuando este pulso de láser de alta intensidad, que es mil millones de veces más brillante que la superficie del sol, golpea al electrón, hace que se comporte de manera diferente. En lugar de mantener su movimiento regular "hacia arriba y hacia abajo", el electrón comienza a moverse en un patrón que se parece más a una figura ocho. Este nuevo movimiento hace que los fotones se dispersen de manera diferente de lo que lo harían en circunstancias naturales, por eso hace que el objeto luzca diferente, en lugar de simplemente hacerlo más brillante.
Cuando los fotones atacan electrones en la naturaleza, los electrones emiten su propio fotón como resultado de la interacción. Pero cuando los investigadores hicieron que los electrones chocaran con el láser de Diocles, encontraron que el fotón que fue expulsado absorbió la energía colectiva del resto de los fotones dispersos del láser. Esto imbuye el fotón expulsado con la energía y la longitud de onda de una radiografía, que tiene una longitud de onda más pequeña y una energía mayor que la luz visible.
Las radiografías que se producen de esta manera tienen una cantidad extremadamente alta de energía, y Umstadter y sus colegas piensan que esto podría terminar siendo aplicado en un sin fin de maneras. Para empezar, le podría permitir a los médicos producir rayos X en la nanoescala, es decir, podrían detectar tumores y otras anomalías que no se ven en las radiografías regulares.
Además, también podría utilizarse para un escáner de rayos x más sofisticado en los aeropuertos y otros puntos de control de seguridad.
Por ahora, sin embargo, este método de producción de rayos X sigue siendo altamente experimental. No obstante, Umstadter y sus colegas están entusiasmados con los resultados, que aportaron una nueva información sustancial a los campos de la electrodinámica y la física óptica.
"Hubo muchas teorías, durante muchos años, que nunca se habían probado en el laboratorio porque nunca tuvimos una fuente de luz lo suficientemente brillante para hacer el experimento", dijo Umstadter. "Había varias predicciones de lo que iba a pasar, y hemos confirmado algunas de esas predicciones".
Publicado originalmente en VICE.com