Este es el láser “más potente” del mundo

Científicos de la Universidad de Stanford dispararon exitosamente los primeros rayos del láser del Linac Coherent Light Source II (LCLS-II), una maquina que cuenta con más de una década de desarrollo y más de mil millones de dólares de inversiones para convertirla en una valiosa herramienta para comprensión de los fenómenos particularmente pequeños y rápidos.

Fabricado en el Laboratorio Nacional del Acelerador SLAC, el LCLS-II ha sido catalogado como “el láser de rayos X más potente” jamás construido; debido a que permitirá a los investigadores realizar películas moleculares de procesos biológicos como la fotosíntesis, así como la observación de átomos, moléculas y reacciones químicas con un nivel de detalle que nunca antes se había logrado.

Esto, porque es capaz de producir hasta un millón de destellos de rayos X al segundo, unas 8.000 veces más que el láser LCLS original, creando un haz prácticamente continuo de luz altamente energética que es 10.000 veces más brillante que antes. Esto significa que puede captar procesos mucho más detallados a escala atómica.

“La luz del LCLS-II de SLAC iluminará los fenómenos más pequeños y más rápidos del universo y conducirá a grandes descubrimientos en disciplinas que van desde la salud humana hasta la ciencia de materiales cuánticos”, aseguró la Secretaria de Energía de Estados Unidos, Jennifer Granholm.

Mientras que Mike Dunne, el director asociado del SLAC, afirmó que la capacidad de la maquina “nos enseñará cómo se mueve la energía alrededor de las moléculas, lo cual es vital para comprender los avances en las tecnologías de energía solar, la computación, las comunicaciones ultrarrápidas, la nanociencia y más.

Cómo funciona el laser

En particular, el LCLS-II es un láser de electrones libres de rayos X (XFEL), en el que estos electrones libres se aceleran a la velocidad de la luz para producir destellos de luz superbrillantes y superrápidos en longitudes de onda supercortas, como el flash de una cámara que se dispara a una velocidad muy superior a la que puede percibir el ojo humano.

Se compone de 37 módulos criogénicos enfriados a -271 grados centígrados, más frío que el espacio exterior. Con esta temperatura puede impulsar y soportar la exposición a electrones a altas energías. Mientras que dos nuevos onduladores, uno blando de baja energía y otro duro de alta energía, se encargan de generar la luz de rayos X a partir de los electrones acelerados.

El LCLS-II produce rayos X mediante un complejo proceso en el que intervienen láseres, electrones, microondas e imanes. En primer lugar, los investigadores utilizan un láser ultravioleta para expulsar electrones de una placa de cobre antes de acelerarlos con un dispositivo que emite intensos pulsos de microondas.

A continuación, los electrones se mueven por un laberinto compuesto por miles de imanes y esto hace que se muevan de un lado a otro y emitan rayos X en ráfagas predecibles y bien controladas. Finalmente los investigadores dirigen estos pulsos hacia objetos y materiales para obtener imágenes de su estructura interna.

La capacidad de LCLS-II para observar la estructura interna y las propiedades de los materiales a escala atómica y molecular, puede tener grandes implicaciones para la física, la química, la biología, la ingeniería y el diseño de nuevos materiales con propiedades únicas.

Por ejemplo, los científicos podrán estudiar las interacciones de los materiales cuánticos en sus escalas de tiempo naturales, lo que es clave para comprender sus propiedades inusuales y aprovecharlas para construir dispositivos energéticamente eficientes como es el caso de los ordenadores cuánticos con procesamiento de datos ultrarrápido.

Se prevé que el potencial del láser de rayos X mejorado conduzca a grandes avances , desde la electrónica al almacenamiento de energía o la ingeniería aeroespacial.