Cuando los electrones ultrarrápidos se desvían, emiten luz: la radiación de sincrotrón. Esta se utiliza en los llamados anillos de almacenamiento, en los que los imanes obligan a las partículas a seguir una trayectoria cerrada. Esta luz es longitudinalmente incoherente y consta de un amplio espectro de longitudes de onda. Su alta brillantez la convierte en una herramienta excelente para la investigación de materiales. Los monocromadores pueden utilizarse para seleccionar longitudes de onda individuales del espectro, pero esto reduce la potencia radiante en muchos órdenes de magnitud, hasta valores de solo unos pocos vatios.
El tamaño importa
Pero, ¿qué pasaría si un anillo de almacenamiento entregara en su lugar luz monocromática y coherente con salidas de varios kilovatios, análoga a un láser de alta potencia? El físico Alexander Chao y su estudiante de doctorado Daniel Ratner encontraron una respuesta a este desafío en 2010: si los paquetes de electrones que orbitan en un anillo de almacenamiento se vuelven más cortos que la longitud de onda de la luz que emiten, la radiación emitida se vuelve coherente y, por lo tanto, millones de veces más potente.
“Hay que saber que los electrones de un anillo de almacenamiento no están distribuidos de forma homogénea”, explica Arnold Kruschinski, estudiante de doctorado del HZB y autor principal del artículo. “Se mueven en paquetes con una longitud típica de alrededor de un centímetro y una distancia de unos 60 centímetros. Esto es seis órdenes de magnitud mayor que los micropaquetes propuestos por Alexander Chao”. El teórico chino Xiujie Deng ha definido un conjunto de configuraciones para un tipo específico de acelerador circular, los anillos isócronos o “de baja alfa”, para el proyecto de micropaquetes en estado estacionario (SSMB). Tras interactuar con un láser, estos crean paquetes de partículas cortos que solo tienen un micrómetro de longitud.
El equipo de investigación del HZB, la Universidad de Tsinghua y la PTB ya demostró que esto funciona en un experimento de prueba de principio en 2021. Utilizaron la Fuente de Luz de Metrología (MLS) en Adlershof, el primer anillo de almacenamiento jamás diseñado para funcionamiento de baja alfa. El equipo ha logrado ahora verificar completamente la teoría de Deng para la generación de micropaquetes en extensos experimentos. “Para nosotros, este es un paso importante en el camino hacia un nuevo tipo de fuente de radiación SSMB”, afirma Arnold Kruschinski.
El largo camino hacia el éxito
Sin embargo, Jörg Feikes, director del proyecto del HZB, está seguro de que aún pasará algún tiempo hasta entonces. Ve algunos paralelismos entre el SSMB y el desarrollo de los láseres de electrones libres. “Tras los experimentos iniciales y décadas de trabajo de desarrollo, esta idea se convirtió en un acelerador superconductor de kilómetros de longitud”, afirma. “Estos desarrollos son a muy largo plazo. Se empieza con una idea, luego una teoría, y después hay experimentadores que poco a poco la hacen realidad, y creo que el SSMB se desarrollará de la misma manera”.
Texto de Kai Dürfeld / Escritor científico
Revista
Comunicaciones de Física
Método de Investigación
Estudio experimental
Tema de Investigación
No aplica
Título del artículo
Confirmación de la base teórica del micropaquetes en estado estacionario
Fecha de publicación del artículo
21-May-2024
Declaración de COI
ninguna
