Nueva vía para generar rayos X de alta energía con láseres convencionales

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07/02/2013
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Agencia de Noticias DiCYT
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La investigación, en la que participa el Centro de Láseres Pulsados, ha sido publicada en la revista ‘Physical Review Letters’

CGP/DICYT El director del Centro de Láseres Pulsados (CLPU) de Salamanca, Luis Roso, y uno de sus investigadores, José Antonio Pérez-Hernández, han publicado en la revista Physical Review Letters (perteneciente a la Sociedad Americana de Física) un importante trabajo de investigación fundamental. En él los autores exponen una vía diferente, pero complementaria a las ya existentes, para generar rayos X coherentes mediante la generación de armónicos, área en la que los investigadores tienen una amplia experiencia. Se trata de un trabajo teórico que supone la base para una futura aplicación tecnológica con la que crear fuentes compactas de radiación coherente, muy útiles en biología.

Según la información del CLPU recogida por DiCYT, cuando un pulso láser interacciona con un átomo, “arranca” parte de sus electrones y los arrastra en un corto espacio de tiempo. En este “viaje” que realizan, los electrones adquieren energía al acoplarse con el campo del láser. Por ello, al recombinarse de nuevo con el átomo emiten la energía adquirida en forma de radiación electromagnética (fotones). Al repetirse este proceso dos veces en cada período de oscilación del láser (que son 2’6 femtosegundos) se emiten nuevas frecuencias diferentes a la que tenía el pulso inicial. Eso son los armónicos.

Hasta ahora se creía que estos electrones recombinados sólo podían emitir energía hasta un límite bien determinado por el promedio de la adquirida en el acoplamiento con el láser. Ese límite indicaba lo lejos que se podía llegar en el ultravioleta de vacío o en los rayos X-blandos.

Lo que demuestra este trabajo teórico liderado desde el CLPU es que modificando adecuadamente el pulso inicial antes de la interacción, es posible que los electrones se recombinen de una manera mucho más eficiente; es decir, que la energía de los fotones generados sea muy superior (tres o cuatro veces más) a la que se obtendría mediante un pulso ordinario, pudiendo alcanzar energías mayores al kiloelectronvoltio. Todo esto permite generar rayos X coherentes mediantes los láseres “convencionales”, que son los que emiten pulsos en el infrarrojo con una longitud de onda de 800 namómetros, que es a la que operan la mayoría de los sistemas láser Titanio:Zafiro. Este tipo de sistemas son los que poseen las instalaciones del Centro de Láseres Pulsados.

"Ingeniería de pulsos"

Aunque hacer esta especie de “ingeniería de pulsos” aún es un reto para la física de pulsos ultracortos, ya se han conseguido los primeros resultados experimentales al hacer incidir el haz sobre nanoestructuras o confinando el pulso láser en fibras huecas metálicas con un radio interior muy pequeño (unos 100 nanómetros).

Otra consecuencia que se deriva de esta investigación es la posibilidad de sintetizar pulsos muy cortos, del orden de decenas attosegundos (la cantidad de tiempo más pequeña que se maneja), haciendo un filtrado adecuado del espectro de radiación. Estos pulsos extremadamente cortos en el tiempo tienen gran importancia ya que su duración es del orden del período de oscilación de los electrones en los átomos y en las moléculas. Esto permitiría “visualizar” la estructura de estas partículas, así como la dinámica de algunas reacciones químicas.

El artículo se ha publicado en colaboración con científicos procedentes de otros tres centros de investigación: Marcelo Ciappina, de la Universidad de Auburn (Alabama, Estados Unidos); Maciej Lewenstein, del Instituto de Ciencias Fotónicas de Barcelona; y Amelle Zaïr, del Imperial College London (Reino Unido).

Referencia bibliográfica 

 

J. A. Pérez-Hernández, M. F. Ciappina, M. Lewenstein, L. Roso, and A. Zaïr. Beyond Carbon K-Edge Harmonic Emission Using a Spatial and Temporal Synthesized Laser Field. Physical Review Letters, 2013. DOI: 10.1103/PhysRevLett.110.053001