El nuevo láser que puede descargar la energía de 1.000 reactores nucleares en un disparo

Investigadores del Laboratorio Nacional de Aceleradores SLAC (en EEUU) acaban de crear una tecnología que, según dicen, es capaz de generar pulsos ultracortos con intensidades nunca vistas hasta ahora. El láser podría permitir experimentos que antes eran impensables, desde la simulación de condiciones extremas del espacio hasta la exploración de nuevas interacciones entre la luz y la materia.

Los rayos láser de alta potencia tienen usos importantísimos para la ciencia: desde dividir algo tan minúsculo como un átomo, hasta ayudarnos a simular las condiciones del interior de planetas a años luz del nuestro. Ahora, los investigadores han creado un nuevo láser de haz de electrones mucho más potente que los creados hasta ahora en esa categoría. El descubrimiento abre la puerta a nuevos hallazgos en la física de partículas, la química y la creación de nuevos materiales.

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"La generación de estos haces extremos permite explorar una nueva frontera de interacciones de alta intensidad entre haces de luz y materia, lo cual es ampliamente relevante en campos que van desde la astrofísica de laboratorio hasta la electrodinámica cuántica de campos fuertes y la química cuántica ultrarrápida", escribe el equipo en un artículo publicado recientemente en la revista Physical Review Letters.

Cómo funciona

Los láseres de haces de electrones extremos están considerados como la próxima generación de láseres. Los electrones son partículas cargadas con propiedades diferentes a los fotones que les permiten alcanzar energías mucho más altas. La clave está en su capacidad de conseguir enormes picos de potencia en periodos cortos de tiempo, lo que permite realizar experimentos en física y ciencias aplicadas que hasta ahora eran imposibles.

Según explica el equipo, su idea básica para aumentar aún más la potencia de este tipo de láseres era acumular aún más cantidad de carga en el menor tiempo posible. Sin embargo, la teoría es una cosa y la práctica es otra y el equipo tardó varios años en poner en pie las bases de esta nueva tecnología.

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Para lograrlo, primero consiguieron llevar a los electrones a velocidades cercanas a la de la luz usando un acelerador de partículas, una autopista que empuja a los electrones mediante el campo eléctrico generado por ondas de radio en el vacío. Cuando alcanzan esta velocidad, el equipo los hace pasar por un ondulador magnético que hace que los electrones oscilen de un lado a otro, consiguiendo una trayectoria más recta y emitiendo una luz muy intensa (un láser).

Los investigadores aseguran que, al contrario de lo que ocurre con los láseres de electrones creados hasta ahora, el nuevo sistema permite controlar con precisión cuánta corriente (cantidad de electrones) pasa en un tiempo muy corto (femtosegundos). Además, permite ajustar el haz de electrones a voluntad, lo cual les da una flexibilidad que antes no tenían estos sistemas para ajustarse a los requerimientos de cada experimento.

Una potencia extraordinaria

Las mediciones de los investigadores revelaron que el nuevo láser es capaz de generar corrientes de hasta 100 kiloamperios en pulsos de solo femtosegundos, lo que representa la mayor corriente y potencia pico jamás producidas en un haz de electrones. Estos pulsos ultracortos permiten que la energía se libere en una fracción de tiempo tan corta que la potencia pico generada en ese instante es extremadamente alta.

Este avance, afirma el equipo, tiene innumerables aplicaciones prácticas. Permite replicar condiciones extremas del espacio para estudiar fenómenos astrofísicos en laboratorio, investigar la electrodinámica cuántica en campos intensos o observar reacciones químicas ultrarrápidas. Además, servirá para explorar nuevas interacciones luz-materia, mejorar los aceleradores de partículas actuales y generar plasmas con propiedades inéditas que hagan avanzar nuestro conocimiento en fusión nuclear y la física de altas energías.

Sin embargo, el equipo no se quiere quedar aquí. Los investigadores aseguran que mejorando el control temporal y la distribución de energía en el pulso de electrones, podrían comprimir los pulsos sin perder energía y alcanzar potencias de petavatio. Esto sería equivalente a la potencia que generan 1.000 reactores nucleares tradicionales, al menos durante un instante. Otro láser que podría llegar a esta potencia, e incluso multiplicarla por 20, es el Vulcan 20-20 que se está desarrollando en el Reino Unido