26/05/2014 - Demuestran la predicción del investigador Carles Serrat sobre cómo amplificar rayos X láser de alta intensidad

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Carles Serrat, investigador del Grupo de Dinámica no Lineal, Óptica no Lineal y Láseres (DONLL) en el Campus de la UPC en Terrassa, encontró hace unos meses la manera de amplificar la intensidad de luz láser de rayos X con la tecnología de generación de armónicos de alta frecuencia (HHG, siglas en inglés de High Harmonic Generation). Hace más de dos décadas que la comunidad científica internacional busca la manera de conseguirlo.

El trabajo teórico de Serrat, publicado en la revista Physical Review Letters, abría una primera puerta a que cualquier laboratorio hospitalario, universitario o centro de investigación pudiera disponer a medio plazo de las propiedades de los rayos X láser de alta intensidad para realizar todo tipo de experimentos. Actualmente, los científicos han de utilizar los aceleradores lineales de partículas y los sincrotrones para disponer de luz láser de rayos X de alta intensidad, grandes infraestructuras que no están al alcance de todos.

Recientemente, el grupo de investigación del profesor C. Spielmann, del Helmholtz Institute Jena (Alemania), ha realizado un experimento que ha demostrado, por primera vez en el mundo, la amplificación paramétrica de pulsos de rayos X de duración de attosegundos. Las medidas experimentales demuestran que la amplificación se produce sólo si los pulsos de rayos X están perfectamente sincronizados con el pulso infrarrojo ultraintenso.

Este hecho confirma la predicción del estudio de Carles Serrat publicado en Physical Review. Con esta demostración experimental se da un paso muy importante para la generación de pulsos de rayos X de alta energía generados en láseres compactos, una tecnología que sería accesible para cualquier laboratorio de la mayoría de centros de investigación y de las universidades y que ahorraría los recursos que ahora se utilizan para acceder a los sincrotrones.

El método HHD de generación de luz láser

La luz láser es una luz ordenada que se puede controlar, por eso se le llama luz coherente. Con la luz láser son posibles muchas aplicaciones. La longitud de onda de la luz láser de rayos X permite, por ejemplo, interactuar con todo tipo de material nanométrico, como por ejemplo material biológico, y observar y controlar la evolución de los electrones en átomos y moléculas.

Los aceleradores lineales de partículas y los sincrotrones son grandes infraestructuras a las que los científicos recurren para experimentar sobre rayos X láser con la intensidad necesaria para sus investigaciones. Hace más de dos décadas, sin embargo, que la comunidad científica internacional investiga las posibilidades que ofrece otro método de generación de rayos X de luz láser, el llamado High Harmonic Generation (HHG). Esta tecnología consiste en hacer interactuar pulsos muy cortos y muy intensos de luz láser infrarroja con gases. Con el método HHG se pueden generar pulsos de luz ultravioleta y rayos X a cualquier laboratorio, pero no con la intensidad que exigen la mayoría de experimentos.

El investigador Carles Serrat ha estudiado, durante cerca de cinco años, las posibilidades de amplificación de la luz láser de rayos X con tecnología HHG, hasta que ha encontrado el sistema para resolver un problema que físicos de todo el mundo intentan solucionar desde hace 20 años. "La amplificación de la energía para cada pulso de luz láser que se consigue con el método que he formulado no se había obtenido hasta ahora y es suficiente para la mayoría de aplicaciones", explica Serrat.

La transferencia de energía es la clave

El investigador de la UPC ha descubierto que "si los pulsos se combinan de la manera adecuada, la radiación débil de alta frecuencia se amplifica gracias a la energía que la luz infrarroja transfiere a los electrones del gas. A partir de este efecto propone un nuevo método para la generación de luz ultravioleta y rayos X, con tecnología HHG de una intensidad para cada pulso suficiente para experimentos de microscopía, espectroscopia y control cuántico en laboratorios de tamaño estándar.

"Ahora, sólo hace falta que algún grupo de investigación o un centro de innovación tecnológica se anime a desarrollar un primer prototipo", concluye Serrat, que con su propuesta abre la puerta a que hospitales y cualquier centro de investigación puedan disponer a sus instalaciones de tecnología para generar luz láser de rayos X pulsada de alta intensidad, sin necesidad de pasar por costosos aceleradores lineales de partículas o los sincrotrones.

Más información

Artículo del experimento de los científicos alemanes que prueba la teoría de Carles Serrat: Parametric amplification of attosecond pulse trains at 11 nm.  J. Seres, E. Seres, B. Landgraf, B. Ecker, B. Aurand, A. Hoffmann, G. Winkler, S. Namba, T. Kuehl & C. Spielmann

Artículo de Carles Serrat: Coherent Extreme Ultraviolet Light Amplification by Strong-Field-Enhanced Forward Scattering

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UPC

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