La última década ha estado marcada por una serie de descubrimientos notables que identifican cómo está compuesto el universo. Se entiende que la misteriosa sustancia materia oscura constituye el 85% de la materia del universo. La materia observable en el universo está formada por partículas ionizadas. Por lo tanto, un profundo conocimiento de la materia ionizada y su interacción con la luz, podría conducir a una comprensión más profunda de las relaciones en juego que formaron el universo. Mientras que la materia ionizada, o plasma, es relativamente fácil de generar en el laboratorio, estudiarlo es extremadamente desafiante ya que los métodos que pueden capturar estados de ionización y densidad son prácticamente inexistentes.

En un nuevo artículo publicado en Ciencia y aplicación de la luz , Un equipo de científicos ha logrado observar directamente la formación e interacción de plasma de kriptón altamente ionizado utilizando luz ultravioleta coherente de femtosegundos y un nuevo modelo de cuatro dimensiones.

Iones de criptón ionizados ocho veces como medio láser

En su trabajo, los investigadores emplean un amplificador de plasma láser, que utiliza iones de criptón ionizados ocho veces como medio láser. Luego, lanzan un pulso de sonda ultravioleta extrema coherente en este plasma que recoge firmas de las condiciones del plasma a medida que se propaga a través de la columna de plasma generada por láser. Este pulso de sonda ultravioleta extrema se analiza luego difractándolo de un objetivo a nanoescala bien caracterizado. Este método, conocido como imagen de difracción coherente, permite medir las propiedades del pulso de la sonda que transporta información sobre el plasma con una resolución muy alta. "Usar un pulso de sonda ultravioleta extrema con una longitud de onda lo suficientemente corta como para que el plasma se vuelva transparente para interrogar al plasma formado es clave, "explica el Prof. Dr. Michael Zuerch de la Universidad de California en Berkeley.

Descubrimiento inesperado

"Asombrosamente, encontramos un patrón de modulación espacial no trivial que es inesperado en una geometría de guía de ondas. Usando una teoría adaptada ab initio que modela la interacción plasma-luz en cuatro dimensiones a través de múltiples escalas, podemos encontrar un excelente acuerdo con nuestros datos experimentales. Esto nos ha permitido atribuir la señal observada a un comportamiento fuertemente no lineal en la interacción láser-plasma que genera el plasma de kriptón altamente ionizado, "elabora Zuerch.

El enfoque experimental, que se puede adaptar fácilmente a otros escenarios relevantes, valida los modelos avanzados ab initio utilizados para simular la interacción láser-plasma y, en general, la formación de plasma altamente ionizado. Una ramificación importante de los hallazgos muestra que no se pueden crear plasmas ionizados arbitrariamente utilizando técnicas ópticas.

"El modelo desarrollado permitirá predecir las condiciones alcanzables con precisión y da la esperanza de que se puedan crear condiciones de plasma muy definidas mediante la conformación adecuada del rayo láser". ", dice el profesor Dr. Christian Spielmann de la Universidad de Jena. Zuerch resumió la perspectiva del trabajo:" Más allá de una comprensión más profunda de las interacciones láser-plasma, nuestros hallazgos tienen impactos, por ejemplo, sobre el aumento de escala de fuentes de luz de rayos X basadas en plasma o experimentos de fusión basados ​​en plasma ".