Los investigadores han establecido una novedosa instalación de láser de alta frecuencia en la Universidad de Tokio. La fuente de luz ultravioleta extrema coherente puede revelar detalles de muestras biológicas o físicas con una claridad sin precedentes. También permite la investigación de fenómenos dependientes del tiempo, como reacciones químicas ultrarrápidas. Las instalaciones existentes para tales investigaciones requieren necesariamente enormes aceleradores de partículas y son prohibitivas para muchos investigadores. Esta nueva instalación debería mejorar en gran medida el acceso de una amplia gama de investigadores.

La luz ultravioleta (UV) del sol ayuda al cuerpo a producir vitamina D y hace que los paneles solares generen energía. y los rayos X se pueden usar para obtener imágenes médicas para encontrar huesos rotos u otras afecciones. Pero más allá de estos aspectos, La luz ultravioleta y los rayos X también son herramientas esenciales para la investigación del mundo físico. Los investigadores utilizan estas formas de luz para revelar detalles biológicos, muestras químicas y físicas como su composición, estructura y comportamiento.

Dos tipos de luz que son especialmente útiles para investigaciones de vanguardia sobre fenómenos de acción rápida, como ciertas reacciones químicas o procesos biológicos, son pulsos de rayos X suaves y ultravioleta extrema coherente (XUV). Ambas son formas de luz muy precisas con parámetros finamente controlados, similar a los pulsos de láser, crucial para realizar buenos experimentos rigurosos. Sin embargo, Existen algunos inconvenientes en la forma en que se fabrican estas vigas.

"Las instalaciones para producir XUV coherente y rayos X suaves son enormes máquinas basadas en aceleradores de partículas, como versiones más pequeñas del Gran Colisionador de Hadrones en Europa, ", dijo el profesor Katsumi Midorikawa del Instituto de Ciencia y Tecnología de Fotones de UTokyo y del Centro RIKEN de Fotónica Avanzada". Dada la rareza de estas instalaciones y el costo de realizar experimentos allí, presenta una barrera para muchos que deseen utilizarlos. Esto es lo que nos impulsó a mí ya mis colegas de UTokyo y RIKEN a crear un nuevo tipo de instalación que esperamos sea mucho más accesible para un mayor número de investigadores ".

La nueva instalación de fuente XUV es mucho, mucho más pequeño que cualquiera de los anteriores. Está ubicado dentro de un laboratorio subterráneo relativamente modesto en la Universidad de Tokio. La mayor parte de la máquina es un recipiente de vacío de 5 por 2 metros que alberga un anillo de 100 metros de largo, o resonador, donde se almacena una luz láser de alta potencia. En dos lugares de esta bobina hay bolsas de gases raros que alteran las características del láser que pasa. Esto da como resultado dos haces separados de XUV y rayos X suaves, que se vierten sobre muestras que se encuentran en fase de investigación. La luz reflejada en las muestras es luego leída por sensores de imágenes de alta velocidad.

"Lo realmente novedoso de nuestro enfoque es que los pulsos XUV y de rayos X suaves son extremadamente cortos pero ocurren a frecuencias muy altas, en la región de megahercios, o millones de ciclos por segundo, "dijo Midorikawa." Para tener perspectiva, Las instalaciones XUV establecidas que utilizan pulsos de radiación de sincrotrón en la región de megahercios tienen ráfagas más largas que son menos adecuadas para resolver fenómenos dinámicos. Y aquellos que utilizan las llamadas fuentes láser de electrones libres de rayos X tienen pulsos cortos, pero ofrecen frecuencias bajas de alrededor de 10 hercios a 100 hercios. Entonces, nuestras instalaciones ofrecen lo mejor de ambos mundos, con el beneficio adicional de ser solo una fracción del tamaño y con costos operativos mucho más bajos ".

Esta nueva fuente XUV ofrece pulsos ultracortos, útil para sondear fenómenos rápidos, y altas frecuencias, útil para investigar la estructura y propiedades químicas de la materia. Esto es posible debido al proceso que crea los pulsos cuando el láser interactúa con el gas. Se llama generación armónica de alto orden, y la instalación es la primera de su tipo capaz de producir múltiples rayos XUV y rayos X suaves.

"He trabajado en el campo de la generación y aplicación de XUV durante 30 años. Aunque la generación de armónicos de alto orden trajo un gran avance en este campo, la eficiencia de generación y la tasa de repetición de pulsos aún eran insuficientes para muchas aplicaciones, "dijo Midorikawa." Cuando propuse la idea de esta instalación a mis colegas, se interesaron instantáneamente y pudimos adquirir un presupuesto adecuado para completarlo. Todos esperamos que esto abra la puerta a nuevas investigaciones de científicos de materiales, químicos y biólogos que finalmente puedan acceder a esta asombrosa y poderosa herramienta de investigación ".