Un grupo de especialistas finalizó el desarrollo del láser de rayos X más potente del mundo. Gracias a este hito tecnológico, los investigadores prometen capturar movimientos moleculares en una escala de tiempo atómico, que impulsaría la creación de ordenadores cuánticos, procesamiento de datos ultrarrápido y otras tecnologías futurísticas.
Se trata del Linac Coherent Light Source (LCLS) II, capaz de producir hasta un millón de destellos de rayos X al segundo. Esto es unas 8.000 veces más que el láser LCLS original, creando un haz prácticamente continuo de luz altamente energética que es 10.000 veces más brillante que antes. Esto significa que puede captar procesos mucho más detallados a escala atómica, tal vez procesos que nunca antes se habían observado correctamente y, a partir de ahí, tal vez abrir campos de investigación completamente nuevos.
La máquina se encuentra en el Laboratorio Nacional de Aceleradores SLAC, en California, y está operada por la Universidad de Stanford para el Departamento de Energía de Estados Unidos. El anuncio de su primera luz llega tras más de una década de desarrollo y más de mil millones de dólares de inversiones.
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"La luz del LCLS-II de SLAC iluminará los fenómenos más pequeños y rápidos del Universo y conducirá a grandes descubrimientos en disciplinas que van desde la salud humana a la ciencia cuántica de materiales", afirma la Secretaria de Energía de EEUU, Jennifer Granholm.
En particular, el LCLS-II es un láser de electrones libres de rayos X (XFEL), en el que los electrones libres se aceleran a la velocidad de la luz para producir destellos de luz superbrillantes y superrápidos en longitudes de onda supercortas, como el flash de una cámara que se dispara a una velocidad muy superior a la que puede percibir el ojo humano.
El revolucionario acelerador superconductor del LCLS-II es uno de los elementos clave de su capacidad. Se compone de 37 módulos criogénicos enfriados a -456 grados Fahrenheit (271 °C), más frío que el espacio exterior, una temperatura a la que puede impulsar electrones a altas energías con una pérdida de energía casi nula.
También hay dos nuevos onduladores: uno blando o de baja energía y otro duro de alta energía, que se encargan de generar la luz de rayos X a partir de los electrones acelerados, una parte crucial de todo el proceso.
Hay solo un puñado de XFEL en el mundo, y ya han permitido importantes avances en nuestra comprensión de fenómenos como el clima cósmico, así como el proceso de fotosíntesis, y ahora podremos hacer mucho más.
La capacidad de estos dispositivos para capturar movimientos moleculares de las interacciones más pequeñas y breves de la ciencia, a la velocidad a la que se mueven los electrones, o la escala de tiempo de los átomos de segundos, tendrá implicaciones para la física, la química, la biología, la ingeniería y la ciencia de los materiales.
Por ejemplo, los científicos podrán estudiar las interacciones de los materiales cuánticos en sus escalas de tiempo naturales, lo que es clave para comprender sus propiedades inusuales y a menudo contraintuitivas, y aprovecharlas para construir dispositivos energéticamente eficientes, ordenadores cuánticos, procesamiento de datos ultrarrápido y otras tecnologías del futuro.
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Al captar instantáneas, a escala atómica, de las reacciones químicas en la escala de tiempo de los átomos de segundo —la escala a la que se mueven los electrones— el LCLS-II también proporcionará una visión sin precedentes de las reacciones químicas y biológicas, lo que conducirá a procesos más eficientes y eficaces en industrias que van desde las energías renovables a la producción de fertilizantes y la mitigación de los gases de efecto invernadero.
En la intersección de la física, la química y la ingeniería, la ciencia de los materiales también se beneficiará sustancialmente de las nuevas capacidades del LCLS-II. Se prevé que el potencial del láser de rayos X mejorado para observar la estructura interna y las propiedades de los materiales a escala atómica y molecular conduzca a grandes avances en el diseño de nuevos materiales con propiedades únicas, que repercutirán en toda una serie de industrias, desde la electrónica al almacenamiento de energía o la ingeniería aeroespacial.
"Los experimentos en cada una de estas áreas comenzarán en las próximas semanas y meses, atrayendo a miles de investigadores de todo el país y del mundo", concluye Mike Dunne, Director del LCLS.
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