El láser que será el más potente de Estados Unidos se prepara para enviar sus primeros pulsos a un objetivo experimental en la Universidad de Michigan.

Llamado ZEUS, el sistema de láser de pulso ultracorto equivalente a Zetawatt, explorará la física del universo cuántico y del espacio exterior, y se espera que contribuya a las nuevas tecnologías en medicina, electrónica y seguridad nacional.

"ZEUS será el láser de mayor potencia máxima en los EE. UU. y uno de los sistemas láser más potentes del mundo. Esperamos hacer crecer la comunidad de investigación y traer personas con nuevas ideas para experimentos y aplicaciones", dijo Karl Krushelnick, director del Centro para la ciencia óptica ultrarrápida, que alberga a ZEUS, y profesor universitario de ingeniería Henry J. Gomberg.

La primera área objetivo que se pone en marcha es el área objetivo de alta repetición, que ejecuta experimentos con pulsos de láser más frecuentes pero de menor potencia. El alumno de Michigan Franklin Dollar, profesor asociado de física y astronomía en la Universidad de California Irvine, es el primer usuario, y su equipo está explorando un nuevo tipo de imágenes de rayos X.

Usarán ZEUS para enviar pulsos de láser infrarrojo a un objetivo de gas de helio, convirtiéndolo en plasma. Ese plasma acelera los electrones a altas energías y esos haces de electrones luego se mueven para producir pulsos de rayos X muy compactos.

El equipo de Dollar investiga cómo fabricar y utilizar estos nuevos tipos de fuentes de rayos X. Debido a que los tejidos blandos absorben los rayos X a tasas muy similares, las máquinas de rayos X médicas básicas tienen que administrar altas dosis de radiación antes de que puedan distinguir entre un tumor y un tejido sano, dijo.

Pero durante sus estudios de doctorado con Krushelnick, Dollar usó el predecesor de ZEUS para obtener imágenes de un caballito del diablo, mostrando la promesa de pulsos de rayos X similares a los de un láser. Diferentes tejidos blandos dentro del caparazón del caballito del diablo retrasaron los rayos X en diferentes grados, creando patrones de interferencia en las ondas de rayos X. Esos patrones revelaron las estructuras blandas con pulsos de rayos X muy cortos (unas pocas millonésimas de una billonésima de segundo) y, por lo tanto, pequeñas dosis de rayos X.

"Pudimos ver cada pequeño órgano, así como los diminutos microvellos de su pierna", dijo Dollar. "Es muy emocionante pensar en cómo podríamos usar estos rayos X similares a los del láser para generar imágenes de dosis baja, aprovechando el hecho de que son similares a los láseres en lugar de tener que depender de las imágenes de absorción del pasado. "

En esta primera ejecución, el equipo de ZEUS comienza con una potencia de 30 teravatios (30 billones de vatios), aproximadamente el 3 % de los láseres más potentes actuales en los EE. UU. y el 1 % de la potencia máxima final de ZEUS.

"Durante el experimento aquí, colocaremos la primera luz en la cámara objetivo y desarrollaremos hacia ese nivel de 300 teravatios", dijo John Nees, científico investigador en ingeniería eléctrica e informática.

Nees dirige la construcción del láser junto con Anatoly Maksimchuk, científico investigador en ingeniería eléctrica e informática, que dirige el desarrollo de las áreas experimentales.

El equipo de Dollar planea regresar a fines del otoño para otra prueba, con el objetivo de obtener toda la potencia prevista para el área objetivo de alta repetición, 500 teravatios. La potencia máxima de 3 petavatios, o cuatrillones de vatios, irá a diferentes áreas objetivo para completarse más tarde. La primera prueba que utiliza el área objetivo para el experimento característico de ZEUS está prevista para 2023.

Ese experimento usará el láser para generar un haz de electrones de alta velocidad y luego ejecutará los electrones directamente en los pulsos de láser. Para los electrones, eso simula un pulso láser de zetavatios, un millón de veces más potente que los 3 petavatios de ZEUS. Además de probar los cimientos de nuestra comprensión del universo cuántico, ZEUS permitirá a los investigadores estudiar lo que sucede dentro de algunos de los objetos más extremos del espacio.

"Los magnetares, que son estrellas de neutrones con campos magnéticos extremadamente fuertes a su alrededor, y objetos como núcleos galácticos activos rodeados de plasma muy caliente, podemos recrear la microfísica del plasma caliente en campos extremadamente fuertes en el laboratorio", dijo Louise Willingale, directora asociada. de ZEUS y profesor asociado de ingeniería eléctrica e informática.

ZEUS no solo ofrece oportunidades científicas y tecnológicas, sino que con el esfuerzo de toda la disciplina para hacer crecer la fuerza laboral de física láser, también crea oportunidades profesionales. Dollar trajo a todo su equipo para obtener la experiencia práctica de un experimento de puesta en marcha en un láser de clase mundial. + Explora más

ZEUS de la Universidad de Michigan será el láser más potente de EE. UU.