Los científicos del Laboratorio Nacional del Acelerador SLAC del Departamento de Energía han creado una técnica novedosa para probar los límites del láser de electrones libres de rayos X (XFEL) de la fuente de luz coherente Linac (LCLS) de la instalación.
Desarrollaron un sistema que puede generar pulsos de rayos X diez veces más potentes que nunca mientras permanece dentro de la infraestructura láser de electrones libres actual del LCLS.
Pulsos láser ópticos superpoderosos
Este novedoso sistema utiliza amplificación de pulso chirriado (CPA), un método para crear pulsos láser ópticos modernos y superpotentes.
Según Haoyuan Li, de la Universidad y autor principal del estudio, los pulsos láser de rayos X actuales procedentes de láseres de electrones libres tienen una potencia máxima de unos 100 gigavatios y suelen tener una estructura complicada y caótica.
“Hemos demostrado que podemos lograr parámetros de haz muy impactantes de más de 1 teravatio de potencia máxima y una duración de pulso de aproximadamente 1 femtosegundo al mismo tiempo”, dijo Li en un comunicado de prensa.
LCLS toma fotografías de los cambios más pequeños en moléculas y materiales, de forma similar a una cámara de resolución atómica.
Pero la sincronización de los pulsos del láser podría volverse errática con una mayor potencia del láser, según el informe del equipo.
Esta inconsistencia resulta de una imagen distorsionada o engañosa de lo que sucede con el sistema, que los científicos quieren evitar. Las soluciones actuales para ese problema reducen drásticamente la potencia del láser, lo que restringe lo que los investigadores pueden lograr.
Debido a estas limitaciones, Diling Zhu, coautor principal del trabajo, estima que más del 90% de los estudios con láser XFEL realizados durante los últimos diez años utilizaron la fuente de rayos X como una linterna ultrarrápida.
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Cómo funciona la CPA
CPA funciona expandiendo la longitud de un pulso de energía antes de que viaje a través de un amplificador y un compresor que invierte el estiramiento realizado en la primera etapa. El resultado es un pulso extremadamente fuerte, limpio y breve.
El CPA fue creado en la década de 1980 por los físicos Donna Strickland y Gérard Mourou de la Universidad de Rochester, quienes recibieron el Premio Nobel de Física en 2018.
La CPA ha revolucionado la creación de pulsos de alta intensidad para láseres ópticos, pero Li dijo que ha sido un desafío adaptar el método a las longitudes de onda de rayos X.
Los investigadores crearon un método CPA para producir pulsos de rayos X duros de alta intensidad dentro de las características del haz de un láser de electrones libres existente mediante un modelado numérico meticuloso.
Según Li, el nuevo sistema demuestra que es capaz de crear pulsos de rayos X duros de teravatios y femtosegundos utilizando instalaciones láser de electrones libres actuales, como LCLS en SLAC.
El siguiente paso del equipo es construir el sistema con un prototipo en miniatura. Sus hallazgos fueron publicado en Cartas de revisión física.
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