ROSALIA CID – En un article previ ja vam parlar dels làsers i vam dir que es caracteritzen per emetre un feix de “llum” intens i molt coherent (visible o no, segons el rang d’energia en què opere). Recordem que amb coherència ens vam referir a monocromaticitat (un únic “color” o, més generalment, una única energia o longitud d’ona, ja que totes dues s’interconnecten) i “sincronització” entre els fotons que componen el feix.
L
Només hi vam explicar el mecanisme d’emissió estimulada que produeix la coherència al làser convencional, però aquest no és l’única manera d’aconseguir-la (encara que sí que és la manera que garanteix més coherència). De fet, ja vam esmentar l’existència d’un tipus de làser gegantí anomenat làser d’electrons lliures (FEL), on el feix coherent s’obté per un mecanisme totalment distint. El FEL utilitza un feix d’electrons lliures (no lligats a cap àtom) que es mouen a velocitats relativistes al llarg d’una estructura periòdica d’imants anomenada ondulador perquè fa que aquests electrons seguisquen trajectòries ondulatòries o sinusoïdals. La raó d’aquest serpenteig està en el fet que l’electró és una partícula amb càrrega elèctrica i des de fa més d’un segle coneixem, gràcies a Lorentz, com els camps magnètics corben les trajectòries de les partícules carregades en moviment. A més, quan s’accelera una partícula carregada (o es fa canviar de direcció la seua trajectòria, ja que això no és més que un altre tipus d’acceleració), aquesta emet un con de radiació que es coneix com a radiació sincrotró (com si foren vehicles en meitat del trànsit, que en girar encenen l’intermitent). Aquesta radiació també es produeix de manera natural en certs objectes còsmics on hi ha electrons molt veloços sotmesos a camps magnètics intensíssims, com en les explosions de supernova, els púlsars o les radiogalaxies. Ara bé, encara que en principi els electrons radiarien de manera independent, la interacció de la radiació emesa amb les oscil·lacions dels electrons, com si es tractara d’un sistema cooperatiu, provoca que aquests se separen en “micropaquets” i radien de manera sincronitzada; d’aquesta manera, s’aconsegueixen polsos de radiació extraordinàriament intensos i coherents. Tenim un làser sense necessitat d’excitar transicions atòmiques!
El gran avantatge d’aquest sistema és que l’energia o longitud d’ona del làser no és fixa, sinó que es pot modular com vulguem només variant l’energia dels electrons o el camp magnètic dels imants de l’ondulador. El gran inconvenient és el seu cost i la falta de manejabilitat, perquè, encara que ja és considerable la mida dels onduladors (al voltant de 100 metres), accelerar els electrons a velocitats relativistes requereix acceleradors de diversos quilòmetres.
Quan, com al Linac Coherent Light Source (LCLS) del SLAC National Accelerator Laboratory als EUA, s’aconsegueixen energies tan altes (o longituds d’ona tan curtes) com les dels raigs X, en lloc de FEL simplement, parlem de XFEL. Com ja vam comentar en l’article anterior, el LCLS està operatiu des del 2009 i a hores d’ara és el làser de raigs X més potent del món. Els seus polsos ultraràpids són mil milions de vegades més intensos que els d’altres fonts prèvies de raigs X com els sincrotrons, als quals també dedicarem un lliurament més endavant.
En els menys de dos anys que funciona, el potencial del LCLS (i els XFEL en general) resulta cada dia més prometedor. Sense anar més lluny, l’any passat va permetre reconstruir les primeres imatges de macromolècules biològiques en 3D com virus o proteïnes. Ara un grup de científics ha utilitzat el potentíssim feix LCLS per a crear i estudiar “matèria densa calenta” a partir de paper d’alumini a una temperatura de ni més ni menys que 2 milions de graus. El procés va tenir lloc en a penes una bilionèssima de segon i el passat mes de gener es publicava el treball en la prestigiosa revista Nature.
“Fins ara els científics havien aconseguit crear aquest plasma a partir de gasos i estudiar-lo amb làsers comuns”, comentava un dels autors de l’estudi, Bob Nagler, del SLAC, “però no es disposava d’eines que permeteren fer el mateix amb densitats sòlides que no poden ser penetrades pels raigs làser convencionals. El LCLS, amb la seua longitud d’ona ultracurta de raigs X, és el primer instrument que pot penetrar un sòlid dens i crear un ‘pegat’ uniforme de plasma –en aquest cas un cub d’una mil·lèsima de centímetre de costat– i provar-lo al mateix temps”, assenyalava.
Molts lectors es deuen preguntar quin és l’interès d’una fita com aquesta, per més sufocats que ens deixe aquesta temperatura, i els diré que aquesta gesta obre una porta interessantíssima a la comprensió dels processos de fusió termonuclear que tenen lloc a l’interior de les estrelles o el comportament de la matèria a l’interior dels planetes gegants. Per què? Doncs perquè és en aquests llocs on la natura resulta prou extrema perquè la matèria, confinada per la immensa gravetat d’aquests objectes, arribe a enormes densitats i milions de graus de temperatura. Aquest confinament, juntament amb l’elevada temperatura, permet que els nuclis dels àtoms d’hidrogen —que, per tenir tots càrrega positiva, es repel·lirien entre si— col·lidisquen i es fusionen i desprenguen una gran energia en el procés. D’aquesta manera les estrelles, com si estigueren dirigides per l’esperit fauvista de Matisse, es converteixen en artistes del fosc llenç còsmic i el pinten de llum i calor.
Ara sembla que, per primera vegada, potser serem capaços de construir un “astrolaboratori” a la Terra i recrear les condicions de l’interior de les estrelles, responsables dels processos que les fan brillar.
Más info: L’escala de l’Univers – Animació de Cary i Michael Huang
© 2012 Conec. Tots els drets reservats.
No comments yet.