Científics alemanys demostren la predicció de l’investigador Carles Serrat sobre com amplificar raigs X d'alta intensitat

Carles SerratActualment els científics han d’utilitzar els acceleradors lineals de partícules i els sincrotrons per a disposar de llum làser de raigs X d’alta intensitat, grans infraestructures, molt costoses, que no estan a l’abast de tothom. Fa més de 20 anys que els científics buscaven la manera d’amplificar la llum làser de raigs X amb el mètode High Harmonic Generation (HHG) per poder posar-la a l’abast de qualsevol laboratori, hospital o centre de recerca, sense que els científics hagin d’acudir als sincrotons.

 

Carles Serrat, investigador del Campus de la UPC a Terrassa que treballa al Grup de Dinàmica no Lineal, Òptica no Lineal i Làsers (DONLL) va trobar fa uns mesos la manera d’amplificar la intensitat de llum làser de raigs X amb la tecnologia de generació d’harmònics d’alta freqüència (en anglès, High Harmonic Generation - HHG). Fa més de dues dècades que la comunitat científica internacional busca la manera d’aconseguir-ho. El treball teòric de Serrat, que es va publicar a la revista Physical Review Letters, obria una primera porta a que qualsevol laboratori hospitalari, universitari o centre de recerca pogués  disposar en un futur a mig termini de les propietats dels raigs X làser d’alta intensitat per a realitzar tot tipus d’experiments.

 

Fa unes setmanes, el grup de recerca del professor C. Spielmann del Helmholtz Institute Jena (Alemanya) ha realitzat un experiment que ha demostrat, per primera vegada al món,  l'amplificació paramètrica de polsos de raigs X de durada d'attosegons. Les mesures experimentals demostren que l'amplificació es produeix només si els polsos de raigs X estan perfectament sincronitzats amb el pols infraroig ultraintens que produeix l'amplificació. Aquest fet confirma la predicció de l’estudi de Carles Serrat publicat recentment al Physical Review. Amb aquesta comprovació experimental es dona un pas molt important de cara a la generació de polsos de raig X d'alta energia generats en làsers compactes, una tennologia que seria accessible per a qualsevol laboratori de la majoria de centres de recerca i de les universitats i que estalviarà molt recursos que s’inverteixen actualment en accedir als sincrotrons.

 

El mètode HHD de generació de llum làser

 

La llum làser és una llum ordenada que es pot controlar. Per això se l’anomena llum coherent. Amb la llum làser són possibles moltes aplicacions. La longitud d’ona de la llum làser de raigs X permet, per exemple, interactuar amb tot tipus de material nanomètric, com ara material biològic, i observar i controlar l’evolució dels electrons en àtoms i molècules. Els acceleradors lineals de partícules i els sincrotrons són grans infraestructures a les quals els científics han d’acudir per a poder experimentar amb raigs X làser de la intensitat necessària per a les seves investigacions. Fa més de dues dècades, però, que la comunitat científica internacional investiga les possibilitats que ofereix un altre mètode de generació de raigs X de llum làser, l’anomenat High Harmonic Generation (HHG). Aquesta tecnologia consisteix a fer interactuar polsos de llum làser infraroja molt curts i molt intensos amb gasos. Amb el mètode HHG es poden generar polsos de llum ultraviolada i raigs X a qualsevol laboratori, però no amb la intensitat que exigeixen la majoria d’experiments.

 

 

Amplificació d’intensitat

 

Carles Serrat va estar investigant durant prop de cinc anys les possibilitats d’amplificació de la llum làser de raigs X amb tecnologia HHG. Després d’aquest temps va trobar el mètode que ha obert la porta a la resolució d’un problema que porta de cap a físics de tot el món des de fa 20 anys. Els resultats de la seva predicció van ser  publicats per Physical Review Letters”, una de les  revistes científiques més prestigioses a nivell internacional. “L’amplificació de l’energia per cada pols de llum làser que s’aconsegueix amb el mètode que he formulat no s’havia obtingut fins ara i és suficient per a la majoria d’aplicacions”, explica Serrat.

 

La transferència d’energia és la clau

 

L’investigador de la UPC ha estudiat l’efecte de combinar polsos dèbils de llum làser d’alta freqüència amb la llum infraroja intensa dins del procés HHG de generació de raigs X i ha descobert que “si els polsos es combinen de la manera adequada, la radiació dèbil d’alta freqüència s’amplifica gràcies a l’energia que la llum infraroja transfereix als electrons del gas. A partir d’aquest efecte proposo un nou mètode per a la generació de llum ultraviolada i raigs X amb tecnologia HHG d’una intensitat per cada pols suficient per a experiments de microscòpia, espectroscòpia i control quàntic en laboratoris de mida estàndard”, afirma l’investigador. “Ara només cal que algun grup de recerca o un centre d’innovació tecnològica s’animi a desenvolupar un primer prototip”, conclou Serrat, qui amb la seva proposta obre la porta al fet que hospitals i qualsevol centre de recerca pugui disposar a les seves instal·lacions de tecnologia per generar llum làser de raigs X polsada d’alta intensitat, sense la necessitat de passar pels costosos acceleradors lineals de partícules o els sincrotrons.

 

Accés a l’article de l’experiment dels científics alemanys que prova la teoria de Carles Serrat

 

http://www.nature.com/srep/2014/140305/srep04254/full/srep04254.html

Accés a l’article de Carles Serrat

http://prl.aps.org/abstract/PRL/v111/i13/e133902