Nanotechnology Now – Comunicado de prensa: Máximo grado de pureza alcanzado para los rayos X polarizados: el Instituto Helmholtz de Jena abre nuevas posibilidades en el láser de rayos X europeo European XFEL

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Los experimentos tuvieron lugar en la XFEL europea.  CRÉDITO © European XFEL/Heiner Müller-Elsner
Los experimentos tuvieron lugar en la XFEL europea. CRÉDITO © European XFEL/Heiner Müller-Elsner

Resumen:
Un equipo de investigadores ha logrado generar rayos X polarizados de una pureza sin precedentes en el XFEL europeo de Hamburgo. Científicos del Instituto Helmholtz de Jena, una rama del GSI, la Universidad Friedrich Schiller de Jena y el Centro Helmholtz de Dresden-Rossendorf participaron en los experimentos. En los próximos años, el objetivo del método es demostrar que el vacío también se comporta como un material en determinadas circunstancias, una predicción de la electrodinámica cuántica.

Máximo grado de pureza alcanzado para los rayos X polarizados: el Instituto Helmholtz de Jena abre nuevas posibilidades en el láser de rayos X europeo European XFEL

Hamburgo, Alemania | Publicado el 6 de mayo de 2022

La polarización de la radiación electromagnética describe el plano en el que oscila una onda en el espacio. Mientras que la radiación electromagnética cotidiana, como la luz solar, no está polarizada, los láseres producen radiación polarizada. Este es un requisito previo importante para una amplia gama de experimentos, desde la física del estado sólido hasta la óptica cuántica.

Los polarizadores adicionales, como los que se están desarrollando en el Instituto Helmholtz en Jena, tienen el propósito de mejorar aún más la pureza de la polarización, pero hace tiempo que excedieron el límite de unos pocos 10-10, es decir, diez mil millones de fotones, solo un puñado de polarización no deseada no ser más avanzado. Kai Schulze, primer autor del trabajo que ahora se publica en Physical Review Research, descubrió en 2018 que la divergencia de la radiación de sincrotrón es la razón de esta limitación. «Para lograr una mayor mejora en la pureza, necesitábamos una fuente con una mejor divergencia», dice el físico, que dirige el trabajo sobre birrefringencia al vacío en HI Jena y es co-responsable de los proyectos de investigación DFG correspondientes en la Universidad de Jena. «El rumbo para esto se estableció con la puesta en servicio del XFEL europeo de láser de rayos X europeo en Schenefeld, cerca de Hamburgo».

Junto con científicos de la Universidad Friedrich Schiller de Jena y el Centro Helmholtz Dresden-Rossendorf, Schulze y su equipo desarrollaron una configuración experimental en el XFEL europeo que, gracias a cristales polarizadores especiales, estableció un nuevo récord de pureza de 8×10-11, un alineación muy precisa y una estructura estable. Este nuevo récord de pureza ya ha permitido algunos experimentos sobre óptica cuántica en el rango de rayos X y distribución de carga en sólidos. De particular interés, sin embargo, es la detección de la denominada birrefringencia de vacío.

La interacción de la luz con la luz ya fue descrita por Werner Heisenberg y Hans Euler en 1936, pero aún no se ha observado directamente en la Tierra. «La birrefringencia al vacío es actualmente el efecto más prometedor para detectar directamente las interacciones luz-luz», explica Schulze. “Con este método, la polarización de un haz de muestra cambia cuando golpea un segundo haz de luz muy intenso en el vacío. Entonces el vacío actúa como un cristal birrefringente, lo que también afecta la polarización; por eso el nombre. El efecto es extremadamente pequeño, pero aumenta con la disminución de la longitud de onda del haz de muestra. Por lo tanto, los polarizadores precisos en el rango de rayos X ofrecen una buena herramienta para detectar el efecto”.

El Instrumento de Alta Densidad de Energía en el XFEL europeo ofrecerá las condiciones ideales para un experimento de este tipo en el futuro, explica Schulze. Y el equipo de investigación ahora tiene una configuración que se puede usar para medir los cambios más pequeños en la polarización. La prueba de la birrefringencia del vacío no solo respaldaría aún más los fundamentos de la electrodinámica cuántica, sino que también proporcionaría indicaciones de partículas elementales previamente desconocidas (como axiones o partículas de milicargas) en caso de desviaciones de las expectativas teóricas. «Esperamos poder iniciar los primeros experimentos en los próximos años».

La evidencia del fenómeno también sería de interés para futuros experimentos en el centro de aceleradores de partículas FAIR. «Si logramos medir la birrefringencia de vacío, eso ayudará a interpretar los datos de medición de FAIR. Entre otras cosas, la polarización del vacío, que está estrechamente relacionada con la birrefringencia del vacío, desempeñará un papel allí», dice Schulze.

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Carola Pomplun
Centro GSI Helmholtz para la investigación de iones pesados ​​GmbH

Oficina: 615-971-1442

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