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1 de Marzo de 2014
Óptica

El láser de rayos X definitivo

Lo que comenzó como una idea para un programa militar de los años ochenta ha evolucionado hasta convertirse en un potente microscopio que permite estudiar proteínas, reacciones químicas y estados exóticos de la materia.

SPENCER LOWELL

En síntesis

El primer láser de rayos X para investigación civil, la Fuente de Luz Coherente del Acelerador Lineal de Stanford (LCLS), comenzó a funcionar hace cuatro años. Su diseño aprovechó el acelerador de partículas del laboratorio SLAC.

Los haces generados por la LCLS se caracterizan por su elevada pureza e intensidad. Al incidir sobre átomos, moléculas y sólidos, pueden crear estados exóticos de la materia, imposibles de reproducir por otros medios.

La brevedad de sus pulsos permite emplearlos a modo de luz estroboscópica para captar imágenes de alta velocidad de proteínas y virus, mediante métodos alternativos a la cristalografía con radiación de sincrotrón.

En el punto de mira del láser de rayos X más potente del mundo, un átomo, una molécula o una mota de polvo no tienen ninguna oportunidad de sobrevivir. En menos de una billonésima de segundo, la materia se calienta a más de un millón de grados, una temperatura equiparable a la de la corona solar. Tal es la potencia del láser que, sometidos a él, los átomos de neón pierden al instante sus diez electrones. Una vez extraída esa capa protectora, explotan con violencia y salen despedidos de la muestra: una senda de destrucción que ejerce una particular atracción sobre los físicos.

Lo más sorprendente del proceso es que la radiación arranca los electrones de dentro afuera. En un átomo, los electrones se organizan en orbitales, como si fueran capas de cebolla. Pero no todos ellos reaccionan de la misma manera ante el láser de rayos X. Al igual que el café en un horno microondas se calienta mucho antes que la taza que lo contiene, las capas exteriores resultan casi transparentes a este tipo de luz. Así, la mayor parte de la radiación es absorbida por el orbital interior; los dos electrones de ese nivel escapan y dejan un espacio vacío. En pocos femtosegundos (10–15 segundos), otros pasan a ocupar ese hueco y el ciclo comienza de nuevo. Al final, todos los electrones son expulsados. El mismo proceso puede inducirse en moléculas y en cuerpos sólidos.

El extraño estado de materia así creado apenas dura unos femtosegundos. En los sólidos, se transforma en una fase ionizada (un plasma) conocida como materia densa caliente. Por lo general, esta solo se produce bajo condiciones muy extremas, como las que se dan en las reacciones de fusión nuclear o en el interior de los planetas gigantes. El fugaz y exótico entorno que puede generar un láser de rayos X carece de análogo en la Tierra.

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