Real Sociedad Española de Física - RSEF

Un barómetro de luz: calibrar el vacío extremo haciéndolo brillar Destacado

David Nóvoa, Centro de Láseres Pulsados (CLPU) 

Ángel ParedesDaniele Tommasini, Departamento de Física Aplicada, Universidade de Vigo

Los láseres ultraintensos son una tecnología desarrollada en los últimos años que promete ampliar la ya enorme y diversa colección de aplicaciones de los sistemas láser. Estos sorprendentes dispositivos permiten crear concentraciones de luz sin precedentes. Como ejemplo, un solo pulso de luz extrema puede transportar una potencia del orden del petavatio (1015 vatios), el equivalente a la generada por un millón de reactores nucleares, aunque durante un tiempo extremadamente corto, del orden de femtosegundos (10-15 segundos). En España se ha creado el Centro de Láseres Pulsados (CLPU) en Salamanca, una instalación experimental que, cuando llegue a su pleno rendimiento, colocará a nuestro país en la vanguardia del esfuerzo internacional en este campo.

 

Los objetivos principales de esta tecnología son, entre otros: el perfeccionamiento de nuevos aceleradores de partículas con aplicaciones en medicina y en la industria, el estudio de paradigmas de astrofísica en el laboratorio y el desarrollo de la fusión nuclear controlada, asistida por láser.

Sin embargo, nuevas tecnologías siempre ofrecen posibilidades imprevistas y una de ellas podría ser la sugerida en nuestro reciente trabajo. En este artículo, se propone usar haces láser ultraintensos como una herramienta para medir presiones extremadamente pequeñas, en el régimen denominado "vacío extremadamente alto", es decir p<10-10 Pa. Esto permitiría complementar e incluso superar las técnicas de ionización que se utilizan habitualmente para medir las presiones más bajas. Cabe mencionar que la ciencia del vacío extremo desempeña un papel fundamental en diversas áreas de investigación como la física de partículas, el estudio del espacio interestelar o la evolución de la tecnología de semiconductores.

¿Y cómo los láseres ultraintensos nos pueden echar una mano en esta tarea? Pues bien, del mismo modo que vemos el cielo azul porque el aire desvía parte de la luz procedente del Sol, estas novedosas fuentes de luz pueden ser capaces de hacer resplandecer un gas en el que la concentración de moléculas es un trillón de veces inferior a la presente en la atmósfera. Es preciso reseñar que, a diferencia del cielo donde prevalece la denominada dispersión de Rayleigh, la dispersión de la luz se produciría por un fenómeno distinto denominado efecto Thomson relativista. Este tenue brillo se podría capturar con detectores de fotones individuales, y con ello deducir la presión ejercida por el gas, que es directamente proporcional al número de centros dispersores. Es importante notar que la intensidad del pulso utilizado no es el único parámetro relevante; su duración ultracorta es fundamental para poder discriminar la señal de posibles fuentes de ruido.

Los cálculos teóricos muestran que, en principio, sería posible detectar eficientemente presiones de hasta 10-14 Pa con un día de experimento en el láser Vega, proyectado para el año 2014 en el CLPU. Por otra parte, una calibración precisa del vacío extremo sería un primer paso necesario para la realización de numerosos experimentos en estas singulares instalaciones, orientados a explorar las nuevas aplicaciones tecnológicas, comprobar las predicciones teóricas sobre la naturaleza cuántica de la luz, o incluso a buscar nuevas partículas que podrían formar parte de la llamada Materia Oscura del Universo. 

El siguiente paso: llevar esta propuesta teórica al laboratorio.

Referencia: Measuring Extreme Vacuum Pressure with Ultraintense LasersÁngel Paredes, David Nóvoa and Daniele Tommasini Phys. Rev. Lett. 109, 253903 (2012)

 

 

Valora este artículo
(0 votos)
volver arriba

 

  • El verdadero valor de un hombre se determina examinando en qué medida y en qué sentido ha logrado liberarse del yo.

    Albert Einstein (1879-1955)
  • La unidad es la variedad, y la variedad en la unidad es la ley suprema del universo.

    Isaac Newton (1642-1727)