El láser más brillante desata nuevos comportamientos en la luz

   MADRID, 26 Jun. (EUROPA PRESS) -

   Físicos han enfocado una luz láser a un brillo como mil millones de soles -el más brillante producido en la Tierra- para ver cambios en una interacción que permite la visión entre luz y materia.

   Esos cambios produjeron pulsos de rayos X únicos con el potencial de generar imágenes de alta resolución muy útiles para propósitos médicos, de ingeniería, científicos y de seguridad. Los hallazgos del equipo de la Universidad de Nebraska-Lincoln, detallados en Nature Photonics, también deben ayudar a informar futuros experimentos con láseres de alta intensidad.

   Donald Umstadter y sus colegas en el Laboratorio de Luz Extrema de la universidad dispararon su Láser Diocles Laser en electrones suspendidos en helio para medir cómo los fotones del láser, considerados partículas y ondas de luz, se dispersaron desde un solo electrón después de golpearlo.

   Bajo condiciones típicas, como cuando la luz de un bulbo o el Sol golpea una superficie, ese fenómeno de dispersión hace posible la visión. Pero un electrón -la partícula cargada negativamente presente en los átomos formadores de la materia- normalmente dispersa sólo un fotón de luz a la vez. Y el promedio de electrones rara vez goza incluso de ese privilegio, dijo Umstadter, siendo golpeado sólo una vez cada cuatro meses en promedio.

   Aunque anteriores experimentos basados en láser habían dispersado unos pocos fotones del mismo electrón, el equipo de Umstadter logró dispersar casi 1.000 fotones a la vez. En las ultra-altas intensidades producidas por el láser, tanto los fotones como el electrón se comportaron de manera muy diferente de lo habitual.

   Cuando tenemos esta luz inimaginablemente brillante, resulta que la dispersión -esta cosa fundamental que hace todo visible- cambia fundamentalmente en la naturaleza", dijo Umstadter, profesor de física y astronomía.

   Un fotón de luz estándar se dispersará típicamente en el mismo ángulo y energía que aparece antes de golpear al electrón, independientemente de lo brillante que pueda ser su luz. Sin embargo, el equipo de Umstadter encontró que, por encima de cierto umbral, el brillo del láser alteraba el ángulo, la forma y la longitud de onda de esa luz dispersa.

   "Así que es como si las cosas aparecieran de manera diferente a medida que aumente el brillo de la luz, que no es algo que normalmente experimentaría", dijo Umstadter en un comunicado. "(Un objeto) normalmente se vuelve más brillante, pero por lo demás, se ve igual que con un nivel de luz más bajo, pero aquí, la luz está cambiandel objeto) de apariencia. La luz viene en diferentes ángulos, con diferentes colores, dependiendo de lo brillante que es".

   Ese fenómeno se debió en parte a un cambio en el electrón, que abandonó su habitual movimiento hacia arriba y hacia abajo en favor de un patrón de vuelo en forma de 8. Como lo haría en condiciones normales, el electrón también eyectó su propio fotón, que se soltó por la energía de los fotones entrantes. Pero los investigadores descubrieron que el fotón eyectado absorbía la energía colectiva de todos los fotones dispersos, otorgándole la energía y la longitud de onda de un rayo X.

   Las propiedades únicas de esa radiografía podrían aplicarse de múltiples maneras, dijo Umstadter. Su extrema pero estrecha gama de energía, combinada con su duración extraordinariamente corta, podría ayudar a generar imágenes tridimensionales a escala nanoscópica, reduciendo al mismo tiempo la dosis necesaria para producirlas.

   Esas cualidades podrían calificarlo para buscar tumores o microfracturas que escapen a los rayos X convencionales, mapear los paisajes moleculares de los materiales nanoscópicos que ahora se encuentran en la tecnología de semiconductores o detectar amenazas cada vez más sofisticadas en los puntos de control de seguridad. Los físicos atómicos y moleculares también podrían emplear la radiografía como una forma de cámara ultrarrápida para capturar instantáneas de movimiento de electrones o reacciones químicas.

   Como los físicos mismos, Umstadter y sus colegas también expresaron entusiasmo por las implicaciones científicas de su experimento. Al establecer una relación entre el brillo del láser y las propiedades de su luz dispersa, el equipo confirmó un método recientemente propuesto para medir la intensidad máxima de un láser. El estudio también apoyó varias hipótesis de que las limitaciones tecnológicas habían evitado que los físicos hicieran pruebas directas.

   "Hubo muchas teorías, durante muchos años, que nunca habían sido probadas en el laboratorio, porque nunca tuvimos una fuente de luz suficientemente brillante para hacer el experimento", dijo Umstadter. "Había varias predicciones de lo que iba a pasar, y hemos confirmado algunas de esas predicciones.

   "Todo es parte de lo que llamamos electrodinámica, hay libros de texto sobre la electrodinámica clásica que todos los físicos aprenden, de modo que esto en cierto sentido fue realmente un experimento de libros de texto".