El Grupo de Investigación en Óptica Extrema de la Universidad de Salamanca (GIOE) acaba de publicar un trabajo pionero en la prestigiosa revista de física Physical Review Letters en el que muestran un nuevo camino para aumentar aún más la precisión temporal con la que se puede controlar la luz con una precisión sin precedentes, por debajo de la trillonésima de segundo.

El estudio teórico, liderado por Carlos Hernández y Luis Plaja (GIOE) en colaboración con JILA, de la Universidad de Colorado, y el Centro de Láseres Pulsados de la Universidad de Salamanca, propone una técnica para modular la luz con una precisión récord, rompiendo la barrera del attosegundo y entrando en la escala temporal de los zeptosegundos.

Este control de la luz tan extremo “nos puede proporcionar una imagen muy precisa sobre el desarrollo de procesos atómicos y nucleares sobre los cuales actualmente sólo tenemos información acerca de sus estados inicial y final, pero no sobre sus etapas intermedias” explica Luis Plaja al área de Comunicación del Rectorado de la Universidad. “Permitiría la observación y manipulación de procesos físicos tan rápidos que únicamente se dan en el interior de los átomos o en sus núcleos, algo que hasta la fecha nunca ha sido posible”, concluye el científico.

El esquema que proponen los investigadores de la Universidad de Salamanca está basado en una técnica ya conocida, que utiliza un láser para transformar los átomos en pequeños colisionadores de partículas en los que uno de los electrones del átomo es arrancado, después es acelerado por el propio campo del láser y, finalmente, redirigido de nuevo al átomo, con el que colisiona. Durante esta última colisión se genera luz de alta frecuencia.

Además, parte del grupo de investigadores que han trabajado en el estudio poseen el récord de la mayor frecuencia (o energía) conseguida por este proceso, experimento que fue publicado en la revista Science hace un año.

La novedad que introduce este estudio es la de explotar las propiedades mecanicocuánticas de los electrones, es decir, la posibilidad de que la radiación se pueda generar durante la colisión con el átomo por dos trayectorias diferentes del mismo electrón rompe su distribución espacial en fragmentos regulares (un fenómeno llamado interferencia cuántica). Es la colisión de este tren de fragmentos la que genera radiación modulada a una escala temporal tan extremadamente fina, en la escala de los zeptosegundos.

Pulsos de rayos X en la escala del zeptosegundo: una puerta abierta al control de la dinámica subatómica A lo largo de la historia, la humanidad ha tratado de desvelar los misterios que ofrece la naturaleza en las dos direcciones de la escala del tiempo. Por un lado, interesan los procesos naturales que tienen, o tuvieron, lugar durante tiempos enormemente largos, incluso aquéllos totalmente ajenos a la vida humana, como la formación de los planetas, la edad de las estrellas o el inicio del universo, hace unos 14.000 millones de años, es decir, 500.000.000.000.000.000 segundos (5x1017 s.), entre otros.

El desarrollo de herramientas para la medida de estos procesos a lo largo del tiempo es la base de ciencias como la Astrofísica y la Geología. En el otro extremo de la escala temporal, existe un mismo interés en conocer los procesos naturales que tienen lugar en tiempos muy pequeños, instantáneos para nuestra percepción. En este caso, el desafío no sólo está en su medida, sino también en someterlos a nuestro control.

Los beneficios tecnológicos derivados este dominio son evidentes si pensamos en que, por ejemplo, los ordenadores se basan en el control del movimiento de los electrones con una precisión de mil billonésima de segundo (un nanosegundo).

Desde la invención del láser, en los años sesenta, se ha demostrado que la luz se puede controlar temporalmente con enorme detalle. En un principio con una precisión de la billonésima de segundo (denominado un picosegundo), equivalente aproximadamente a la misma proporción que existe entre una hora y la vida del universo. Actualmente el récord es un millón de veces inferior, unas cuantas trillonésimas de segundo (o attosegundos).