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Towards gamma-ray lasers via super-radiance in a Bose-Einstein condensate of 135mCs isomers

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El láser de rayos gamma un paso más cerca de ser una realidad

El láser de rayos gamma, considerado antaño como una de las treinta cuestiones más relevantes en física, está más cerca que nunca de convertirse en realidad gracias a una nueva tecnología desarrollada por un proyecto financiado con fondos europeos.

Investigación fundamental

La creación de un láser de rayos gamma ha constituido durante mucho tiempo un auténtico reto para los científicos. Mientras que un láser convencional emite un haz estable de luz visible, este dispositivo del que tanto se ha hablado y que aún no se ha logrado construir emite un haz estable de rayos gamma, preconizando así una nueva generación de tecnología para la investigación y la industria. Hasta ahora, la generación de rayos gamma estables se ha visto obstaculizada por principios físicos básicos o limitaciones tecnológicas. En el marco del proyecto financiado con fondos europeos GAMMALAS (Towards gamma-ray lasers via super-radiance in a Bose-Einstein condensate of 135mCs isomers), un equipo de investigadores concibió un método para crear fotones gamma estables que supera algunos de los problemas más complejos. Proceso «frío» para la emisión de rayos gamma El concepto innovador propuesto por GAMMALAS para desarrollar tal dispositivo es posible gracias a la tecnología actual. «El método se basa en el enfriamiento láser y la captura magneto-óptica de núcleos de cesio. A diferencia de otros posibles candidatos, el cesio constituye un elemento químico idóneo para la técnica que proponemos», comenta el profesor Ferruccio Renzoni. «La idea era generar un condensado de Bose-Einstein de isómeros de cesio tras su enfriamiento a una temperatura de 100 nano-Kelvin. A esta temperatura tan extremadamente baja, los átomos con núcleos excitados comienzan a exhibir propiedades cuánticas puras, especialmente coherencia espacial», añade el profesor Renzoni. «En este estado, los núcleos excitados emiten su energía simultáneamente, lo que desencadena una emisión potente de radiación gamma estable». El método del equipo solventa tres problemas principales, a saber: la acumulación de una gran cantidad de núcleos isoméricos, la colimación del haz de luz emitido por el láser y la superación de las limitaciones teóricas de la densidad de potencia de los fotones. En el Laboratorio de Aceleración de la Universidad de Jyväskylä en Finlandia, los investigadores de GAMMALAS también han construido una instalación experimental para el enfriamiento láser de isótopos de cesio radioactivo y la producción de radiación gamma estable. En ella, un ciclotrón (un tipo de acelerador de partículas) genera núcleos inestables de cesio. Seguidamente, el cesio es neutralizado añadiendo un electrón externo mediante una finísima lámina de implantación. El nuevo sistema láser desarrollado captura cesio-135 y otros isótopos de interés y los enfría hasta una temperatura de aproximadamente 150 micro-Kelvin. Si todo va según los previsto, el primer ensayo de captura de cesio-135 se realizará en la primavera de 2018. La luz suprema La posibilidad de crear rayos gamma estables permitirá a los científicos estudiar diferentes cuestiones fundamentales de la física y la ciencia en general. Sin duda, los beneficios de esta tecnología revolucionaria tendrán una gran repercusión. «Los resultados del proyecto GAMMALAS sentarán las bases para la investigación futura en el campo de la materia nuclear ultrafría, una disciplina que combina la física atómica y nuclear. Además, la generación de rayos gamma estables permitirá la espectroscopia de rayos gamma de alta resolución y facilitará el rastreo de isótopos peligrosos, explosivos o radiactivos», concluye el profesor Renzoni. La producción de radiación gamma estable también podría dar lugar a nuevas aplicaciones de gran utilidad para la vida cotidiana. Por ejemplo, permitirá la obtención de imágenes médicas de máxima precisión que mejorarán sustancialmente los protocolos de administración de radioterapia estereotáctica a fin de tratar de forma más eficaz tumores cerebrales. El sector de la energía también puede beneficiarse de la generación a medida de rayos gamma estables. El almacenamiento y la recuperación de energía a partir de núcleos isoméricos podría transformar la tecnología de las baterías, ya que la densidad de energía puede aumentar en varios órdenes de magnitud.

Palabras clave

GAMMALAS, cesio, láser de rayos gamma, radiación gamma estable, isómeros, enfriamiento láser, espectroscopía de rayos gamma, radioterapia

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