Entrometerse en la vida privada de objetos en el dominio microscópico (y más allá), los científicos suelen recurrir a fuentes de luz extremadamente brillantes.
El láseres de electrones libres que obtienen los mejores resultados aceleran los electrones varios kilómetros hacia la velocidad de la luz, moviéndolos a través de una gran sala de imanes para liberar intensos pulsos de fotones que iluminan los materiales para el estudio.
Ahora, un equipo internacional de físicos cree que puede lograr el Mismo efecto con un dispositivo mucho más pequeño. usando cuasipartículas – entidades similares a partículas que emergen de las complejas interacciones de un colectivo de otras partículas.
Si su concepto puede convertirse en una tecnología viable, puede brindar a aún más investigadores de todo el mundo una visibilidad incomparable de las estructuras más pequeñas que están estudiando. produciendo ideas en viruschips de computadora, fotosíntesis y la química de las estrellas.
Aceleradores de partículas que pueden encajar dentro de un edificio son mucho menos potentes que aquellos como la fuente de luz coherente Linac (LCLS) en California. Del tamaño de una pequeña ciudad, su larga pista de carreras de electrones es capaz de emitir ondas de luz altamente energéticas en la parte del espectro de rayos X.
Pero ha habido progreso realizado hacia la miniaturización de los aceleradores de partículas, particularmente cuando se trata de dispositivos que aceleran partículas cargadas o plasma.
Un equipo de investigadores internacionales utilizó simulaciones por computadora demostrar cómo estos aceleradores de plasma compactos podrían producir una luz brillante equivalente a la creada por los grandes aceleradores de partículas.
El truco consistía en comprender cómo los aceleradores de plasma generan cuasipartículas.
Las cuasipartículas son sistemas coherentes que puede surgir cuando los médiums son perturbados o excitados. Aunque se forman como un esfuerzo grupal, pueden tratarse como partículas discretas ya que tienen propiedades estables, como carga, masa, energía, tamaño, forma y momento.
Porque Se pueden crear cuasipartículas. a través del movimiento coordinado de un conjunto de partículas emisoras de luz que se mueven a través de un medio, pueden escapar de lagunas en las leyes de la física que de otro modo restringirían a partículas más ordinarias.
Incluso pueden viajar más rápido de lo que lo haría la luz en el mismo medio. Esto es posible porque la luz se ralentiza cuando viaja a través de algo que no sea el vacío, por lo que las cuasipartículas pueden alcanzarlo.
“El aspecto más fascinante de las cuasipartículas es su capacidad para moverse de maneras que no estarían permitidas por las leyes de la física que gobiernan las partículas individuales”. dice físico y coautor John Palastro.
“La flexibilidad es enorme”, dice estudiante de doctorado y primer autor Bernardo Malaca.
“Aunque cada electrón realiza movimientos relativamente simples, la radiación total de todos los electrones puede imitar la de una partícula que se mueve más rápido que la luz o una partícula oscilante, aunque no hay un solo electrón localmente que sea más rápido que la luz o una partícula oscilante. electrón.”
Las cuasipartículas también pueden crear superradiancia; un haz de fotones ultrabrillante producido por un conjunto de partículas que trabajan en sincronía.
Los investigadores demostraron que sería teóricamente posible crear esta superradiancia utilizando cuasipartículas dentro de un láser de plasma, creando longitudes de onda entre las partes infrarroja y ultravioleta del espectro.
“Tal avance podría llevar la investigación y la tecnología que sólo están disponibles en un puñado de láseres de electrones libres en todo el mundo directamente a muchas universidades, hlaboratorios a escala hospitalaria y industrial”, afirman los investigadores. escribió.
“Por lo tanto, la aparición de la coherencia temporal y la superradiancia es el ingrediente esencial que falta para crear fuentes de luz basadas en aceleradores de plasma compactas, asequibles y competitivas”.
Este artículo fue publicado en Fotónica de la naturaleza.