El European XFEL concentra pulsos de rayos X duros en 180 nanómetros

Cuatro reflexiones comprimen la luz de attosegundos

Generar pulsos ultracortos de luz de alta energía es solo la mitad de la batalla en la ciencia moderna de los rayos X. En un experimento realizado en abril de 2026 en el European XFEL, los investigadores dirigieron destellos de rayos X duros de una duración estimada de 300 attosegundos hacia un sistema óptico especializado para concentrar su energía, según informó ScienceDaily.

El equipo recurrió a un montaje óptico avanzado de Kirkpatrick-Baez, conocido como sistema AKB. Esta configuración emplea dos espejos de precisión que reorientan y enfocan el haz en los ejes horizontal y vertical a lo largo de cuatro reflexiones en total. Al plegar el haz en un área unas 100.000 veces menor que la sección transversal de un cabello humano, el aparato produjo un punto focal de 180 × 330 nanómetros. La concentración de energía resultante estableció un nuevo referente en fluencia e intensidad para rayos X duros de attosegundos.

«Es un récord mundial de intensidad y fluencia para un pulso de attosegundos de rayos X duros.»

— Ichiro Inoue, primer autor, Universidad de Tokio

«Es casi mágico verlo ocurrir. La fluorescencia normal va en todas direcciones, independientemente de la dirección del haz incidente. Pero cuando se cruza el umbral de la ASE, se ve que el cono de luz empieza a condensarse hacia la dirección de avance.»

— Anders Madsen, jefe de grupo del instrumento MID del European XFEL

La emisión estimulada confirma una potencia extrema en el cobre

Para verificar la densidad del haz, los científicos apuntaron a una lámina delgada de cobre en el instrumento Materials Imaging and Dynamics, conocido como instrumento MID. El haz incidente arrancó electrones directamente de las capas más internas de los átomos de cobre, dejando vacantes en el interior de los átomos.

Cuando los electrones exteriores cayeron en esos huecos, liberaron radiación secundaria de rayos X. Con una iluminación ordinaria, esta luz fluorescente se dispersa en todas direcciones. Con intensidades máximas del haz superiores a 10²⁰ vatios por centímetro cuadrado, el proceso pasó a emisión espontánea amplificada, que creó un haz dirigido hacia adelante. A medida que las energías de los pulsos aumentaban, esta señal de emisión acabó alcanzando la saturación, lo que confirmó de forma independiente el enfoque calculado.

Captar el movimiento de los electrones antes de que ocurra el daño por radiación

Observar cómo se desplazan los electrones entre átomos exige velocidades más rápidas de lo que tardan en romperse los enlaces químicos. Los destellos ultracortos permiten a los investigadores sondear la materia antes de que la radiación incidente altere la estructura molecular. Este tipo de ensamblajes de espejos de precisión representa la clase de invención física que sustenta los avances en los laboratorios de física de altas energías.

Aunque las patentes industriales rara vez cubren ópticas de línea de luz únicas fabricadas para instalaciones de sincrotrón, la propiedad intelectual que hay detrás de la fabricación de superficies de precisión extrema sigue extendiéndose por la litografía y la metrología de semiconductores. El equipo de la Universidad de Tokio y del centro de investigación DESY pretende ahora utilizar el haz enfocado para estudiar interacciones no lineales entre luz y materia que antes eran inaccesibles.

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