Cámara de laboratorio: 11 fotogramas de femtosegundos a nanosegundos

Un pulso láser incide sobre una muestra de vidrio. En los primeros 100 femtosegundos, el material empieza a cambiar. En menos de 10 nanosegundos, ondas de choque recorren el material y este expulsa partículas. En un experimento de laboratorio publicado en la revista Optica, un equipo de la Universidad de Tokio ha captado toda esa secuencia en 11 fotogramas, en un solo disparo.

La fotografía ultrarrápida convencional trabaja en escalas de microsegundos (millonésimas de segundo) y milisegundos (milésimas de segundo), y toma sus imágenes a intervalos uniformes o casi uniformes. Eso encaja con los fenómenos que se desarrollan de forma constante. Pierde, en cambio, los momentos en que un proceso cambia más deprisa, porque no todos los cambios importantes se producen a intervalos regulares.

El equipo, dirigido por el profesor asociado Keiichi Nakagawa, del Departamento de Bioingeniería, concentra sus fotogramas allí donde el cambio es más rápido. Su método, la fotografía ultrarrápida logarítmica, sitúa los fotogramas muy juntos en los instantes iniciales y más separados después. Se implementa en STAMP (fotografía de mapeo totalmente óptico con temporización secuencial) y utiliza BRIDGE (generación individual de retardos resuelta por bandas), que extrae las bandas de longitud de onda una tras otra y permite fijar la temporización de cada banda de forma independiente, asignándola igualmente a un instante concreto del proceso. El resultado son 11 fotogramas que abarcan unos cinco órdenes de magnitud en tiempo, desde alrededor de 100 femtosegundos hasta 10 nanosegundos. Keitaro Shimada, investigador posdoctoral del grupo de Nakagawa y primer autor, lo resumió así: «Queríamos encontrar la forma de conectar escalas de tiempo tan distintas en una sola medición».

Para los investigadores de procesado láser, ciencia de materiales, investigación sobre plasma y ondas de choque, y biomedicina, la ventaja está en los fenómenos difíciles de repetir exactamente. Nakagawa sostiene que «registrar las fases temprana y tardía de un mismo evento puede revelar relaciones que se perderían si la secuencia se reconstruyera a partir de experimentos separados». El equipo propone estos campos como los principales usos. Siguen siendo propuestas: la demostración se ha hecho sobre vidrio y sobre hidroxiapatito, el mineral de huesos y dientes, y no se indica fecha para un uso más allá del laboratorio.

Los límites son concretos. Cada medición corresponde a un solo disparo, de modo que cada evento produce una única secuencia de 11 fotogramas con este montaje. Las fuentes consultadas no indican la resolución de imagen, el coste del equipo ni su tamaño, factores que determinarán hasta dónde puede salir el método de un laboratorio especializado.