Trabajando con el láser Gemini. Crédito:STFC
Combinando potentes láseres y rayos X brillantes, Los investigadores de Imperial y STFC han demostrado una técnica que permitirá nuevos experimentos extremos.
La nueva técnica podría utilizar un solo destello de rayos X para capturar información sobre materia extremadamente densa y caliente. como las que se pueden encontrar dentro de planetas gigantes gaseosos o en la corteza de estrellas muertas.
Las mismas condiciones también se encuentran en experimentos de fusión, que están tratando de crear una nueva fuente de energía que imite al sol.
La técnica, informó esta semana en Cartas de revisión física , fue desarrollado por un equipo dirigido por científicos del Imperial College de Londres que trabajan con colegas, incluidos los de la Instalación Central de Láser del Reino Unido en el Laboratorio Rutherford Appleton del Consejo de Instalaciones de Ciencia y Tecnología (STFC), y fue financiado por el Consejo Europeo de Investigación.
Los investigadores querían mejorar las formas de estudiar la 'materia densa cálida', materia que tiene la misma densidad que un sólido, pero se calienta hasta 10, 000? C. Los investigadores pueden crear materia densa y cálida en el laboratorio, recreando las condiciones en los corazones de los planetas o cruciales para el poder de fusión, pero es difícil de estudiar.
Acelerando los descubrimientos
El equipo usó el láser Gemini, que tiene dos haces, uno que puede crear las condiciones para la materia densa cálida, y uno que puede crear rayos X ultracortos y brillantes para sondear las condiciones dentro de la materia densa y cálida.
Imagen de la ráfaga de rayos X ultracorta que se está generando. Un rayo láser intenso entra en una celda de gas (desde la izquierda), y los rayos X resultantes salen por un orificio (a la derecha). Crédito:Brendan Kettle
Los intentos anteriores con láseres de menor potencia requerían de 50 a 100 destellos de rayos X para obtener la misma información que la nueva técnica puede obtener en un solo destello. Los destellos duran solo femtosegundos (cuadrillonésimas de segundo), lo que significa que la nueva técnica puede revelar lo que está sucediendo dentro de la materia densa cálida en escalas de tiempo muy cortas.
Primer autor Dr. Brendan Kettle, del Departamento de Física de Imperial, dijo:"Ahora podremos sondear materia densa caliente de manera mucho más eficiente y con una resolución sin precedentes, que podría acelerar los descubrimientos en experimentos de fusión y astrofísica, como la estructura interna y la evolución de los planetas, incluida la propia Tierra ".
La técnica también podría usarse para sondear condiciones que cambian rápidamente dentro de nuevos tipos de baterías y dispositivos de almacenamiento de memoria.
Respondiendo preguntas clave
En el nuevo estudio, el equipo utilizó su técnica para examinar una muestra calentada de titanio, demostrando con éxito que podía medir la distribución de electrones e iones.
El investigador principal, el Dr. Stuart Mangles, del Departamento de Física de Imperial, dijo:"Estamos planeando usar la técnica para responder preguntas clave sobre cómo los electrones y los iones en esta materia densa y cálida 'hablan' entre sí, y qué tan rápido se puede transferir la energía de los electrones a los iones ".
El láser Gemini de la Central Laser Facility es actualmente uno de los pocos lugares donde se pueden crear las condiciones adecuadas para la técnica, pero a medida que las nuevas instalaciones comienzan a operar en todo el mundo, el equipo espera que la técnica se pueda ampliar y utilizar para realizar una clase completamente nueva de experimentos.
Dr. Rajeev Pattathil, Líder del Grupo Gemini en la Central Laser Facility, dijo:"Con los destellos de rayos X ultracortos podemos obtener un enfoque de fotograma congelado en los procesos dinámicos o transitorios en los materiales, revelando nueva información fundamental clave sobre materiales aquí y en el Universo más amplio, y especialmente aquellos en estados extremos ".
