Los físicos de la Universidad de Nebraska-Lincoln están viendo un fenómeno cotidiano bajo una nueva luz.

Al enfocar la luz láser a un brillo mil millones de veces mayor que la superficie del sol, la luz más brillante jamás producida en la Tierra, los físicos han observado cambios en una interacción que permite la visión entre la luz y la materia.

Esos cambios produjeron pulsos de rayos X únicos con el potencial de generar imágenes de muy alta resolución útiles para la medicina, Ingenieria, fines científicos y de seguridad. Los hallazgos del equipo, detallado el 26 de junio en la revista Fotónica de la naturaleza , también debería ayudar a informar los experimentos futuros que involucren láseres de alta intensidad.

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

En condiciones típicas, como cuando la luz de una bombilla o el sol incide en una superficie, ese fenómeno de dispersión hace posible la visión. Pero un electrón, la partícula cargada negativamente presente en los átomos que forman materia, normalmente dispersa solo un fotón de luz a la vez. Y el electrón promedio rara vez disfruta incluso de ese privilegio, Umstadter dijo:ser golpeado solo una vez cada cuatro meses aproximadamente.

Aunque los experimentos previos basados ​​en láser habían dispersado algunos fotones del mismo electrón, El equipo de Umstadter logró dispersar a casi 1, 000 fotones a la vez. A las intensidades ultra altas producidas por el láser, tanto los fotones como los electrones se comportaron de manera muy diferente de lo habitual.

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

Un fotón de luz estándar típicamente se dispersará en el mismo ángulo y energía que presentaba antes de golpear el electrón, independientemente de lo brillante que sea su luz. Sin embargo, el equipo de Umstadter descubrió que, por encima de un cierto umbral, el brillo del láser alteró el ángulo, forma y longitud de onda de esa luz dispersa.

"Es como si las cosas aparecieran de manera diferente a medida que aumenta el brillo de la luz, que no es algo que normalmente experimentarías, "Umstadter dijo." (Un objeto) normalmente se vuelve más brillante, pero de otro modo, se ve igual que con un nivel de luz más bajo. Pero aquí, la luz está cambiando la apariencia (del objeto). La luz se apaga en diferentes ángulos con diferentes colores, dependiendo de lo brillante que sea ".

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 expulsó su propio fotón, que fue sacudida por la energía de los fotones entrantes. Pero los investigadores encontraron que el fotón expulsado absorbió la energía colectiva de todos los fotones dispersos, otorgándole la energía y la longitud de onda de una radiografía.

Las propiedades únicas de esa radiografía pueden aplicarse de múltiples formas, Dijo Umstadter. Su rango de energía extremo pero estrecho, combinado con su extraordinariamente corta duración, podría ayudar a generar imágenes tridimensionales a escala nanoscópica mientras se reduce la dosis necesaria para producirlas.

Esas cualidades podrían calificarlo para buscar tumores o microfracturas que eluden los rayos X convencionales, mapear los paisajes moleculares de los materiales nanoscópicos que ahora encuentran su camino hacia 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 los rayos X como una forma de cámara ultrarrápida para capturar instantáneas del movimiento de electrones o reacciones químicas.

Como los mismos físicos, 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 propuesto recientemente para medir la intensidad máxima de un láser. El estudio también apoyó varias hipótesis de larga data de que las limitaciones tecnológicas habían impedido a los físicos realizar pruebas directamente.

"Hubo muchas teorías, durante muchos años, que nunca se había probado en el laboratorio, porque nunca tuvimos una fuente de luz lo suficientemente brillante para hacer el experimento, ", Dijo Umstadter." Hubo varias predicciones de lo que sucedería, y hemos confirmado algunas de esas predicciones.

"Todo es parte de lo que llamamos electrodinámica. Hay libros de texto sobre electrodinámica clásica que todos los físicos aprenden. Así que esto, en un sentido, fue realmente un experimento de libro de texto ".