Cuando una densa capa de electrones se acelera a casi la velocidad de la luz, actúa como una superficie reflectante. Este "espejo de plasma" se puede utilizar para manipular la luz. Ahora, un equipo internacional de físicos del Instituto Max Planck de Óptica Cuántica, LMU Múnich, y la Universidad de Umeå en Suecia han caracterizado este efecto de espejo de plasma en detalle, y lo exploté para generar aislados, destellos de luz de attosegundos de alta intensidad. Un attosegundo dura una mil millonésima parte de una mil millonésima (10 -18 ) de un segundo.
La interacción entre pulsos de láser extremadamente poderosos y la materia ha abierto enfoques completamente nuevos para la generación de destellos de luz ultracortos que duran solo unos pocos cientos de attosegundos. Estos pulsos extraordinariamente breves pueden, a su vez, utilizarse para sondear la dinámica de fenómenos físicos ultrarrápidos a escalas subatómicas. El método estándar utilizado para crear pulsos de attosegundos se basa en la interacción de la luz láser del infrarrojo cercano con los electrones en los átomos de gases nobles como el neón o el argón.
Ahora, investigadores del Laboratorio de Física de Attosegundos del Instituto Max Planck de Óptica Cuántica en Garching y de la Universidad Ludwig Maximilians (LMU) de Munich, en colaboración con colegas de la Universidad de Umeå, han implementado con éxito una nueva estrategia para la generación de pulsos de luz de attosegundos aislados.
En el primer paso femtosegundo extremadamente potente (10 -15 seg) se permite que los pulsos de láser interactúen con el vidrio. La luz láser vaporiza la superficie del vidrio, ionizando sus átomos constituyentes y acelerando los electrones liberados a velocidades equivalentes a una fracción apreciable de la velocidad de la luz. El plasma de alta densidad resultante formado por electrones que se mueven rápidamente, que se propaga en la misma dirección que la luz láser pulsada, actúa como un espejo. Una vez que los electrones han alcanzado velocidades que se acercan a la velocidad de la luz, se vuelven relativistas, y comienzan a oscilar en respuesta al campo láser. La consiguiente deformación periódica del espejo de plasma interactúa con la onda de luz reflejada para dar lugar a pulsos de attosegundos aislados. Estos pulsos tienen una duración estimada de aproximadamente 200 as y longitudes de onda en la región ultravioleta extrema del espectro (20-30 nanómetros, 40-60 eV).
A diferencia de los pulsos de attosegundos generados con pulsos láser más largos, los producidos por el efecto de espejo de plasma y los pulsos de láser que tienen una duración de pocos ciclos ópticos se pueden controlar con precisión con la forma de onda. Esto también permitió a los investigadores observar el curso temporal del proceso de generación, es decir, la oscilación del espejo de plasma. En tono rimbombante, estos pulsos son mucho más intensos, es decir, contienen muchos más fotones, que los que se pueden obtener con el procedimiento estándar.
La mayor intensidad permite realizar mediciones aún más precisas del comportamiento de las partículas subatómicas en tiempo real. Los pulsos de luz de attosegundos se utilizan principalmente para mapear los movimientos de electrones, y así proporcionar información sobre la dinámica de los procesos fundamentales dentro de los átomos. Cuanto mayor sea la intensidad de los destellos de luz de attosegundos, cuanta más información se pueda obtener sobre los movimientos de las partículas dentro de la materia. Con la demostración práctica del efecto de espejo de plasma para generar pulsos de luz de attosegundos brillantes, los autores del nuevo estudio han desarrollado una tecnología, lo que permitirá a los físicos profundizar aún más en los misterios del mundo cuántico.
