En las profundidades del espacio, hay cuerpos celestes donde prevalecen condiciones extremas: las estrellas de neutrones que giran rápidamente generan campos magnéticos súper fuertes. Y los agujeros negros, con su enorme atracción gravitacional, pueden hacer que enormes chorros energéticos de materia se disparen haciaUn equipo internacional de física con la participación del Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf HZDR ha propuesto ahora un nuevo concepto que podría permitir que algunos de estos procesos extremos sean estudiados en el laboratorio en el futuro: una configuración especial de dos-Los rayos láser de intensidad podrían crear condiciones similares a las que se encuentran cerca de las estrellas de neutrones. En el proceso descubierto, se genera y acelera un chorro de antimateria de manera muy eficiente. Los expertos presentan su concepto en la revista Física de las comunicaciones .
La base del nuevo concepto es un pequeño bloque de plástico, atravesado por canales micrométricos. Actúa como un objetivo para dos láseres. Estos disparan simultáneamente pulsos ultra fuertes al bloque, uno desde la derecha y el otro desdela izquierda: el bloque es literalmente tomado por pinzas láser. "Cuando los pulsos láser penetran en la muestra, cada uno de ellos acelera una nube de electrones extremadamente rápidos", explica el físico de HZDR Toma Toncian. "Estas dos nubes de electrones corren una hacia la otra.con toda su fuerza, interactuando con el láser que se propaga en la dirección opuesta ". La siguiente colisión es tan violenta que produce una cantidad extremadamente grande de cuantos gamma, partículas de luz con una energía incluso mayor que la de los rayos X.
El enjambre de cuantos gamma es tan denso que las partículas de luz chocan inevitablemente entre sí. Y luego sucede algo loco: según la famosa fórmula de Einstein E = mc2, la energía de la luz puede transformarse en materia. En este caso, principalmente electrón-positrónLos positrones son las antipartículas de los electrones. Lo que hace que este proceso sea especial es que "lo acompañan campos magnéticos muy fuertes", describe el líder del proyecto Alexey Arefiev, físico de la Universidad de California en San Diego. "Estos campos magnéticos puedenenfocar los positrones en un rayo y acelerarlos fuertemente ". En números: en una distancia de solo 50 micrómetros, las partículas deben alcanzar una energía de un gigaelectronvoltio GeV, un tamaño que generalmente requiere un acelerador de partículas completamente desarrollado.
simulación por computadora exitosa
Para ver si la idea inusual podía funcionar, el equipo la probó en una elaborada simulación por computadora. Los resultados son alentadores; en principio, el concepto debería ser factible. "Me sorprendió que los positrones que se crearon al final se formaranen un haz de alta energía y agrupado en la simulación ", dice alegremente Arefiev. Además, el nuevo método debería ser mucho más eficiente que las ideas anteriores, en las que solo se dispara un pulso láser a un objetivo individual: según la simulación, el "láser doble golpe" debería poder generar hasta 100.000 veces más positrones que el concepto de tratamiento único.
"Además, en nuestro caso, los láseres no tendrían que ser tan poderosos como en otros conceptos", explica Toncian. "Esto probablemente haría que la idea fuera más fácil de poner en práctica". Sin embargo, solo hay unos pocos lugares enel mundo donde se podría implementar el método. El más adecuado sería ELI-NP Extreme Light Infrastructure Nuclear Physics, una instalación láser única en Rumania, financiada en gran parte por la Unión Europea. Tiene dos láseres ultrapotentes que pueden disparar simultáneamenteen un objetivo: el requisito básico para el nuevo método.
Primeras pruebas en Hamburgo
Sin embargo, las pruebas preliminares esenciales podrían tener lugar en Hamburgo de antemano: el XFEL europeo, el láser de rayos X más potente del mundo, se encuentra allí. El HZDR desempeña un papel importante en esta instalación a gran escala: lidera unun consorcio de usuarios llamado HIBEF, que ha estado apuntando a la materia en estados extremos durante algún tiempo ". En HIBEF, colegas de HZDR, junto con el Instituto Helmholtz en Jena, están desarrollando una plataforma que puede usarse para probar experimentalmente si los campos magnéticos realmente se formancomo predicen nuestras simulaciones ", explica Toma Toncian." Esto debería ser fácil de analizar con los potentes destellos de rayos X del XFEL europeo ".
Tanto para la astrofísica como para la física nuclear, la nueva técnica podría ser sumamente útil. Después de todo, es probable que algunos procesos extremos en el espacio también produzcan grandes cantidades de gamma quanta, que luego se materializan rápidamente nuevamente en pares de alta energía ".Es probable que los procesos tengan lugar, entre otros, en la magnetosfera de los púlsares, es decir, de las estrellas de neutrones que giran rápidamente ", dice Alexey Arefiev." Con nuestro nuevo concepto, tales fenómenos podrían simularse en el laboratorio, al menos hasta cierto punto, lo queentonces nos permitiría entenderlos mejor ".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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