SLAC mide destellos de rayos X duros de menos de 400 attosegundos

En la Linac Coherent Light Source del SLAC, un haz de rayos X de alta energía se divide en dos. Una mitad va directamente a un detector que registra su espectro de energía. La otra se enfoca en un punto de 150 nanómetros de ancho sobre una lámina de cobre, que emite luz fluorescente. Leídas en conjunto, las dos mediciones permiten al equipo calcular cuánto duró el pulso: entre 100 y 400 attosegundos, con energías de alrededor de 9 keV.

Producir un pulso así es difícil, y medirlo lo es todavía más. Ichiro Inoue, profesor de la Universidad de Tokio y primer autor, propuso la técnica indirecta basada en la emisión espontánea amplificada, un proceso de emisión de luz. Agostino Marinelli, profesor del SLAC y coautor del estudio, explicó que el equipo había dedicado varios años a aprender a crear estos pulsos de attosegundos de alta energía, y que medirlos resulta aún mucho más complicado. El nuevo diagnóstico es el primero que demuestra que los pulsos duran realmente solo unos cientos de attosegundos. Además, el método lleva la ciencia de los attosegundos hasta unos 9 keV, un orden de magnitud por encima de los experimentos previos con rayos X blandos, que operaban por debajo de 5 keV.

La razón para subir en energía es la profundidad. Los rayos X blandos, de menor energía, son muy adecuados para estudiar los enlaces químicos de la capa externa de los átomos. Los rayos X duros, por encima de 5 keV, penetran en la materia densa, lo que permite a los científicos localizar electrones con precisión atómica. Sam Vinko, físico de la Universidad de Oxford, describe el problema habitual con los plasmas: la muestra se excita, luego se relaja y se recombina antes de que pueda realizarse una medición, por lo que los investigadores suelen depender de modelos y suposiciones. Ahora los científicos pueden apuntar a sistemas extremos, como los de los experimentos de energía de fusión por confinamiento inercial, y capturar estados excitados en capas internas antes de que se difuminen o evolucionen.

Los rayos X suelen destruir las delicadas muestras que escanean. Estos destellos terminan antes de que puedan producirse daños o degradación, así que los investigadores pueden fotografiar un sistema en su estado original. Tais Gorkhover, de la Universidad de Hamburgo, cree que esta capacidad puede mejorar la obtención de imágenes a escala nanométrica y que, con el tiempo, podría ayudar a controlar, e incluso invertir, las interacciones entre luz y materia.

Quienes se benefician primero son los que ya usan los destellos: los científicos que siguen el movimiento de electrones en átomos y plasmas densos, y los investigadores de la fusión cuyos experimentos figuran como objetivos. Para ellos, el cambio es práctico: un obturador más rápido que la desintegración atómica, con la muestra intacta. El estudio no indica una fecha para un acceso más amplio a este tipo de pulsos, ni dice cuándo otras instalaciones podrían reproducir la medición.