MADRID, 1 Feb. (EUROPA PRESS) -
Físicos del instituto JILA, en Boulder (Colorado) han creado el primer 'peine de frecuencias' en el espectro de ultravioleta extrema -luz de alta energía a menos de 100 nanómetros (nm) de longitud de onda. El peine de frecuencia láser es el método más exacto para medir con precisión las frecuencias, o colores, de la luz. Al llegar a la nueva banda del espectro, los investigadores del JILA han demostrado, por primera vez, una estructura de mini-peine dentro de cada sub-unidad, o armónico, del peine más grande, que agudiza la herramienta de medición.
El nuevo peine, descrito en un artículo que ha sido publicado en la revista 'Nature', confirma y amplía el estudio del grupo de JILA, de 2005, que reivindica la capacidad de generar frecuencias de extrema ultravioleta para realizar mediciones precisas en esa parte del espectro electromagnético. La nueva herramienta puede ayudar en el desarrollo de relojes nucleares, basados en los núcleos de los átomos, y en las mediciones de comportamientos previamente inexplorados de átomos y moléculas.
"Nadie dudaba de la existencia del peine de frecuencia de ultravioleta extrema, pero nadie lo había confirmado con una prueba experimental real," dice Jun Ye, líder del grupo de investigación, "el nuevo trabajo proporciona la primera prueba experimental, y también muestra que ahora se puede hacer ciencia con ella".
Los peines de frecuencia se crean con láseres pulsados ??ultrarrápidos, y producen un lapso muy fino, y uniformemente espaciado, entre las 'púas' -cada una a una frecuencia específica- que pueden ser utilizados para medir la luz. Los peines de frecuencia son conocidos por medir la luz visible y el infrarrojo cercano en longitudes de onda de entre 400 y 1500 nm (frecuencias de alrededor de 750 a 200 terahercios, o miles de millones de ciclos por segundo), permitiendo el desarrollo de la próxima generación de relojes atómicos.
Para crear el peine de frecuencia de ultravioleta extrema, los científicos del JILA utilizaron un láser de alta potencia para generar pulsos de luz infrarroja que rebotan y se superponen en una cavidad óptica 154 millones de veces por segundo (una frecuencia de 154 megahercios). Cuando se inyecta gas xenón en esta cavidad, el campo del láser impulsa un electrón, temporalmente, fuera de cada átomo de gas.
Cuando el electrón regresa a su átomo, se genera un tren de pulsos de luz con una duración de varios cientos de attosegundos (cada attosegundo equivale a 0,000 000 000 000 000 001 segundos); este proceso genera 'armónicos', señales fuertes de fracciones regulares de la longitud de onda infrarroja original. Como resultado de la frecuencia de repetición del láser (154 MHz), por primera vez, cada armónico tiene su propio conjunto de 'púas', lo que marca las frecuencias individuales.
El peine de frecuencia de ultravioleta extrema es el primer sistema de alta precisión de espectroscopia láser -el uso de la luz para investigar la materia y realizar mediciones trazables a patrones internacionales- en longitudes de onda inferiores a los 200 nm, con una frecuencia de más de un petahercio (billones de ciclos por segundo).
Este peine es, también, la culminación de varios avances técnicos, incluyendo la mejora de los láseres de fibra Iterbio de alta potencia, la creación de una cavidad óptica formada por cinco espejos en los que los pulsos de luz se superponen perfectamente, y una mejor comprensión del plasma (una mezcla de electrones y átomos cargados eléctricamente, o iones) necesario para generar luz en el espectro de ultravioleta extrema dentro de la cavidad. Los investigadores, finalmente, lograron un equilibrio ideal entre potencia y estabilidad en la cavidad.
Las aplicaciones del nuevo peine incluyen el desarrollo de relojes nucleares, basados en los cambios de los niveles de energía en el núcleo de un átomo, en lugar de en la estructura electrónica, como en los relojes atómicos de hoy; el núcleo está bien aislado de interferencias externas, por lo que se conseguiría crear un reloj muy estable. Otras aplicaciones incluyen estudios de plasmas, como los que se encuentran en el espacio exterior, y la búsqueda de cualquier cambio en las constantes fundamentales de la naturaleza -valores cruciales para muchos cálculos científicos.