Las modernas instalaciones de láser de rayos X como la fuente de luz coherente Linac (LCLS) en el Laboratorio Nacional Acelerador SLAC del Departamento de Energía permiten a los científicos estudiar cómo se comporta la naturaleza a escalas ultrapequeñas y ultrarrápidas. Sin embargo, los pulsos de rayos X individuales son inestables, fluctuando de un disparo a otro, y producen mucho ruido de fondo que puede oscurecer la señal en experimentos de alta resolución.

Ahora, Los científicos de SLAC han desarrollado un método para producir rayos X más brillantes que son más estables y coherentes, con longitudes de onda que están más sincronizadas entre sí. Esto podría aumentar la eficiencia de la recopilación de datos y allanar el camino para nuevos tipos de experimentos. Sus resultados fueron publicados recientemente en Cartas de revisión física .

Herramientas para la ciencia

Durante los últimos años, el equipo ha estado buscando formas de mejorar el rendimiento del LCLS mejorando la calidad de sus pulsos.

"Producir un láser de rayos X perfecto es uno de los principales objetivos de nuestra comunidad". dice el coautor y científico de SLAC, Zhen Zhang. "Queríamos encontrar una manera de hacer que los pulsos de rayos X se parecieran a los de un láser óptico clásico, que son a la vez estables y coherentes ".

Bob Schoenlein, Adjunto de Ciencia de LCLS, dice que esta investigación hará que los XFEL sean herramientas aún más importantes y versátiles para la ciencia.

"Este es un enfoque muy prometedor para controlar las propiedades de coherencia de los pulsos de rayos X LCLS, ", dice." Permitirá estudios de materiales complejos y sistemas moleculares con una resolución exquisita tanto en tiempo como en energía ".

Lo mejor de ambos mundos

Los investigadores habían estado estudiando enfoques existentes para generar pulsos de rayos X más limpios, como filtrar los pulsos ruidosos y reinyectarlos en el XFEL usando un concepto llamado "auto-siembra, "pero descubrió que existe una compensación fundamental entre las legumbres altamente coherentes y las altamente estables. En el método tradicional de auto-siembra, no era posible tener ambos a la vez.

Se dieron cuenta de que debían adoptar un enfoque completamente diferente para evitar este problema. Fue entonces cuando el autor principal y científico de SLAC, Erik Hemsing, tuvo la idea de estirar los pulsos de rayos X ultracortos, cuyas propiedades únicas permiten a los investigadores estabilizar y depurar las legumbres.

"En lugar de filtrar el largo, pulsos ruidosos como se hace en la auto-siembra convencional, nos dimos cuenta de que, en cambio, deberíamos producir primero pulsos coherentes ultracortos y luego estirarlos y amplificarlos, "Dice Hemsing." De esta manera, según nuestros estudios, podemos aumentar significativamente la estabilidad y la coherencia al mismo tiempo ".

El concepto se basa en el hecho de que los pulsos ultracortos pueden ser mucho menos ruidosos y más coherentes que los pulsos largos. particularmente si alcanzan su máxima potencia. El problema es que los pulsos cortos no transportan mucha energía y no son ideales para ciertas aplicaciones científicas de alta resolución. Los investigadores encontraron una forma de filtrar estos pulsos, luego amplifícalos por un factor de 10, 000.

"Nos permite obtener los resultados que queremos sin grandes modificaciones en la configuración existente, "dice el coautor e investigador asociado de SLAC Alex Halavanau.

Poniéndolo a prueba

Para dar seguimiento a esta investigación, el equipo espera probar la idea en LCLS. En el futuro, Halavanau dice:les gustaría extender la técnica a radiografías "duras" más enérgicas, y use nuevo, pulsos de rayos X suaves personalizados habilitados por esta técnica para comprender mejor la física de los átomos, fotones y electrones.

Zhirong Huang, director de la División de Investigación del Acelerador de SLAC, dice:"Esperamos poner en práctica esta idea en el nuevo ondulador de rayos X suave que pronto estará en línea para LCLS-II".