La radiación electromagnética es omnipresente. Se presenta en muchas formas, incluyendo ondas de radio, microondas y rayos X de alta energía y rayos gamma. Pero que, precisamente, ¿Lo es?

La radiación electromagnética es la energía emitida por una partícula cargada, como un electrón, cuando acelera. Cuando la partícula acelerada libera esta energía, experimenta una fuerza de retroceso llamada reacción de radiación. Normalmente, las fuerzas de reacción de radiación son demasiado pequeñas para considerarlas, pero se vuelven importantes en interacciones láser-plasma y contextos astrofísicos, donde entran en juego campos electromagnéticos y energías de electrones elevados.

Un artículo publicado en la revista Revisión física X presenta evidencia de una reacción de radiación que ocurre cuando un pulso láser de alta intensidad choca con un haz de electrones de alta energía. Un equipo de científicos apoyado por los proyectos financiados con fondos europeos TeX-MEx y SF-QFT llevó a cabo este experimento utilizando el láser Astra Gemini perteneciente a Central Laser Facility en el Reino Unido.

El láser Astra Gemini de doble haz genera dos rayos láser sincronizados, que en conjunto brindan un billón (10¹⁵) de vatios de potencia. En el experimento, se utilizó un pulso de láser para producir un montón de electrones de alta energía a través de un proceso conocido como aceleración de campo de despertador láser, mientras que el segundo láser se dirigió al grupo de electrones. Cuando el rayo de electrones y el pulso láser chocaron, los electrones oscilaron en el campo electromagnético del segundo láser y dispersaron los fotones del rayo láser, que fueron detectados como rayos gamma. La pérdida de energía de los electrones también resultó en una reacción de radiación.

La dificultad de lograr una colisión puede apreciarse mejor si consideramos el hecho de que los pulsos de láser son más delgados que un cabello humano y, con una duración de 45 billonésimas de segundo, tuvo que alcanzar lo que uno de los científicos describió como "balas de electrones del tamaño de una micra" que viajaban a la velocidad cercana a la de la luz. Se pensaba que una colisión tenía éxito cuando se detectaba radiación gamma de alta energía. Teniendo en cuenta estas velocidades y anchos infinitesimales, junto con factores adicionales como las variaciones del haz de electrones de un disparo a otro y el apuntamiento y sincronización del láser, está bastante claro por qué solo un pequeño número de colisiones tuvieron éxito.

Las medidas obtenidas se utilizaron para comparar modelos cuánticos y clásicos de reacción a la radiación. Se descubrió que los modelos clásicos tendían a sobreestimar las fuerzas de reacción de radiación y las energías de los rayos gamma en comparación con los modelos cuánticos. También se concluyó que los datos eran más consistentes con un modelo electromagnético cuántico, pero el hecho es que esto solo ocurrió un poco más del 68 por ciento de las veces y se necesitaron más estudios para evaluar adecuadamente los diferentes modelos.

El principal desafío del equipo del proyecto en el futuro es combinar altas intensidades de láser, estabilidad del haz y energías de haz alto simultáneamente en experimentos futuros con el fin de recopilar datos suficientes para un estudio sistemático de la reacción de radiación cuántica.