Logran generar el pulso de rayos X blandos más corto de la historia

Unos científicos han establecido un nuevo récord al generar el pulso de rayos X blandos más corto logrado hasta la fecha, de tan solo 19,2 attosegundos. Dura incluso menos que el tiempo que tarda un electrón en completar una órbita alrededor del átomo de hidrógeno: el “año atómico”. Esto permite captar cómo se comporta e interactúa la materia a escalas atómicas y subatómicas con una resolución temporal sin precedentes.

El logro es obra del equipo de Fernando Ardana-Lamas, Seth L. Cousin, Juliette Lignieres, y Jens Biegert, todos del Instituto de Ciencias Fotónicas (ICFO) en Castelldefels, Barcelona, Cataluña, España, y este último contratado además por la Institución Catalana de Investigación y Estudios Avanzados (ICREA).

Los electrones lo determinan todo: cómo se desarrollan las reacciones químicas, cómo los materiales conducen la electricidad, cómo las moléculas biológicas transfieren energía y cómo operan las tecnologías cuánticas. Pero la dinámica electrónica ocurre en escalas de tiempo de attosegundos, demasiado rápidas para las herramientas de medición convencionales.

Estas limitaciones van a desaparecer gracias a la tecnología que ha permitido generar el citado pulso de rayos X blandos de 19,2 attosegundos, el más corto y brillante de su tipo de entre todos los producidos hasta ahora.

En la práctica, esto crea una “cámara”, la más rápida que existe, capaz de capturar esas dinámicas elusivas en tiempo real y con un nivel de detalle sin precedentes, permitiendo observar procesos nunca antes vistos.

Los destellos de luz en el rango espectral de rayos X blandos permiten reconocer los elementos atómicos según su “huella” identificadora, lo que permite a los científicos rastrear cómo los electrones se reorganizan alrededor de átomos específicos durante reacciones o transiciones de fase.

La imagen muestra la generación de pulsos de attosegundos, en la que pulsos láser ultracortos interactúan con un chorro de gas de neón. Esta interacción inicia la generación de altos armónicos, dando lugar al pulso de rayos X blandos de attosegundos más corto que cualquier otro generado hasta la fecha. (Imagen: ICFO. CC BY-NC)

Generar un pulso aislado tan corto requirió innovaciones en la generación de altos armónicos, ingeniería de láseres y metrología de attosegundos. En conjunto, estos avances son los que ahora permiten observar la dinámica electrónica, la cual define las propiedades de los materiales, en su escala de tiempo natural.

El camino hacia este hito comenzó en 2015, cuando el equipo de Jens Biegert fue pionero en la generación de pulsos de attosegundos en el régimen de rayos X blandos al aislar con éxito ráfagas de este tipo de luz. Estos pulsos demostraron su utilidad revolucionaria al resolver la interacción de los electrones con la red cristalina en un sólido y al esclarecer cómo y cuándo se abre un anillo molecular (el precursor de procesos tales como la polimerización). Sin embargo, en aquel momento el método para determinar la duración de dichos pulsos sufría de varias limitaciones. Ahora, estas limitaciones ya se han superado, lo que ha permitido demostrar que estos son los pulsos más cortos de entre todos los medidos hasta ahora.

Ardana-Lamas y sus colegas exponen los detalles técnicos de su logro en la revista académica Ultrafast Science, bajo el título “Brilliant source of 19.2 attosecond soft X-ray pulses below the atomic unit of time”. (Fuente: ICFO)