Están en todas partes, a nuestro alrededor y dentro de nosotros. Fenómenos que duran billonésimas de segundo forman el núcleo de la química y la biología. Hace poco que comenzamos a intentar registrar con precisión su curso real, con un éxito moderado. Sin embargo, los físicos de Cracovia han demostrado que se puede construir una nueva ventana al mundo de la attofísica, que ofrece una vista muy prometedora.

Ya sea en las profundidades de una celda o dentro de un tubo de ensayo, las reacciones químicas que involucran cambios en la configuración de los electrones en los átomos y las moléculas ocurren con notable velocidad. Su prevalencia e importancia despiertan la comprensible curiosidad de los científicos, que desde hace mucho tiempo intentan registrar su evolución en el tiempo. Los métodos actuales con el uso de rayos X, desarrollados hasta ahora para observar fenómenos que duran attosegundos, se enfrentan a altas exigencias en los parámetros del haz de radiación utilizado. Es probable que la situación mejore en los próximos años gracias a un nuevo método de medición propuesto por un grupo de científicos del Instituto de Física Nuclear de la Academia de Ciencias de Polonia (IFJ PAN) en Cracovia.

El seguimiento del curso de los fenómenos tan rápido como la unión de átomos en moléculas ahora es posible principalmente gracias a los láseres de electrones libres de rayos X (XFEL). Estos dispositivos, que funcionan en solo unos pocos lugares del mundo debido a su tamaño y costos de construcción, generan pulsos ultracortos de rayos X, que duran solo unos pocos femtosegundos.

Los centros equipados con láseres XFEL utilizan dos técnicas básicas de medición conocidas como espectroscopia de rayos X y difracción de rayos X. El primero se centra en analizar los cambios en el espectro de radiación durante su interacción con la muestra, mientras que el segundo estudia cómo se dispersan los rayos X sobre la muestra. Ambos métodos tienen la misma limitación:no nos permiten 'ver' procesos más cortos que la duración del pulso. Esta es la razón por la que los fenómenos más rápidos observados hasta ahora en el láser europeo XFEL cerca de Hamburgo, por ejemplo, duraron 5 femtosegundos.

"Unos pocos femtosegundos no es mucho tiempo, pero este todavía no es el mundo de la attofísica. Para llegar a esto, recurrimos a la cronoscopia, es decir, una técnica que analiza cómo los pulsos cambian de forma con el tiempo. Hemos demostrado teóricamente que este método se puede utilizar con éxito para pulsos de rayos X ultracortos para obtener información sobre los cambios en la forma de los pulsos antes y después de la interacción con la muestra", dice el Dr. Wojciech Blachucki (IFJ PAN), primer autor del artículo en Ciencias Aplicadas .

En esta publicación se muestra que en el caso de pulsos láser ultracortos es posible medir su estructura temporal, es decir, obtener información sobre la forma del pulso. Este enfoque hace posible inferir fenómenos del mundo de la attofísica incluso en el estado actual de desarrollo técnico de los XFEL. Si el pulso láser durara incluso 20 femtosegundos, pero la información sobre su estructura temporal pudiera reconstruirse, digamos, en 100 puntos, sería posible notar fenómenos que ocurren en un tiempo de 20/100 =1/5 femtosegundo, es decir , 200 attosegundos.

Es importante tener en cuenta que, en la actualidad, a veces se puede lograr una resolución de tiempo de menos de un femtosegundo, pero la intensidad del rayo láser tuvo que reducirse significativamente. Este procedimiento tiene poderosos efectos secundarios. El tiempo de irradiación de las muestras se alarga a muchas horas, lo que en la práctica imposibilita la realización de estudios aplicados. La cronoscopia de rayos X no tiene esta limitación y elimina los requisitos para los pulsos de radiación mediante el uso de un método sensible para medir su estructura temporal. Tras su implantación, los centros láser actuales podrían dedicar parte de su tiempo de trabajo a medidas de attosegundos realizadas para entidades externas, por ejemplo, relacionadas con la industria.

Sin embargo, pasarán varios años antes de que la cronoscopia de rayos X se convierta en una técnica de investigación estándar. El primer paso hacia su implementación será demostrar que las duraciones promedio del pulso láser antes y después de interactuar con la muestra son diferentes. Esta sería una confirmación experimental de la corrección del método descrito por los físicos de Cracovia. Solo en la siguiente etapa, los investigadores se centrarían en una reconstrucción más precisa de la estructura temporal de los impulsos antes y después del contacto con la muestra.

"La técnica de medición que proponemos no se limita solo a los láseres de electrones libres, sino que es de naturaleza universal. Por lo tanto, también se puede utilizar con éxito en el caso de otras fuentes que generan pulsos de rayos X ultracortos, como Extreme Light Instalación de infraestructura ubicada cerca de Praga", enfatiza el Dr. Jakub Szlachetko (IFJ PAN). + Explora más

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