Un disparador de flash con velocidad nunca vista capta la imagen de una onda de luz

Imagen de un pulso de luz que dura 2,5 mil millonésimas de millonésimas de segundos. Los destellos más cortos de luz jamás logrados fueron usados para hacer este videoclip que muestra un pulso de luz que dura apenas una fracción de segundo. Ver el vídeo.

Tales destellos han sido usados para captar la imagen de un pulso de rayo láser demasiado corto para ser “fotografiado”.

Los pulsos de luz son producidos por disparos más largos, pero todavía muy cortos, en una nube de gas de neón. El rayo láser da una carga de energía a los átomos de neón, que entonces liberan esta energía en forma de pulsos breves de luz ultravioleta extrema.

Los disparos de pulsos a la nube de neón duran apenas 2,5 femto-segundos, una mil millonésima de una millonésima de segundo, dice Eleftherios Goulielmakis, miembro del equipo en el Max Planck Institute para Óptica Cuántica en Garching, Alemania.

Golpe de luz

Los disparos de pulsos contenían apenas una o dos oscilaciones de una onda de luz de modo que significaban un golpe compacto de energía cuando llegaran a la nube de neón.

Para hacerlo, los investigadores tuvieron que acorralar los fotones del disparo de pulso en un puñado fuertemente apretado usando un dispositivo denominado espejo modulado.

Estos espejos multi-capas hacen que los fotones delante de un pulso se desplacen más lejos que los fotones más lentos en la parte posterior. Eso les da tiempo a los de atrás para llegar, en este caso para producir un apretado paquete de fotones que golpean a los átomos de neón casi al mismo tiempo.

Final de fotón

Para averiguar qué tan cortos eran los destellos de luz de los átomos de neón, Goulielmakis y sus colegas los dirigieron hacia una segunda nube de gas de neón.

Como cada destello es lo bastante intenso para ionizar completamente un átomo de neón y liberar un electrón, los investigadores pudieron usar esos electrones como un disparador de flash, para iluminar algunos de los disparos de pulsos originales a 2,5 femto-segundos de la luz del rayo láser.

“Sólo al probarlos de una manera de “prueba” más breve que eso pudo hacerlos visibles“, explica Goulielmakis.

La grabación de la energía de los electrones que pasó a través del pulso genera un impecable perfil lateral del breve rayo láser, no diferente de una imagen deportiva. La imagen del rayo láser muestra claramente la única oscilación del disparo del pulso.

El análisis de computadora de la imagen revela que los destellos de luz usados para hacer los electrones duraron exactamente 80 atto-segundos, los más breves jamás producidos.

¿Cámara de electrones?

Jonathan Marangos del Imperial College London, Reino Unido, dice que los destellos súper breves podrían permitir que los investigadores representaran el movimiento de los electrones alrededor de los átomos grandes.

“Cualquier mejor conocimiento del mundo microscópico va a producir un impacto a través de todas las ciencias“, dice.

El récord previo para el pulso de luz más breve era de 130 atto-segundos, obtenido en 2007. “Para ir de 130 a 80 atto-segundos se hizo un paso muy importante“, dice Marangos.

En el futuro, Goulielmakis espera producir pulsos de luz de 24 atto-segundos, la unidad atómica del tiempo, definida por el tiempo que tarda un electrón en viajar de un lado de un átomo de hidrógeno al otro.

Pero Marangos piensa que incluso son posibles pulsos más breves. “No hay nada mágico en la unidad atómica del tiempo“, dice, y agrega que pulsos de un zepto-segundo, una trillonésima parte de una mil millonésima de segundo podrían ser posibles. Éstos serían capaces de representar el movimiento de partículas nucleares como los protones, dice Marangos.