Los científicos de DESY han establecido el 'metrónomo' más preciso del mundo para una red de un kilómetro de ancho. El sistema de sincronización sincroniza una red de láser-microondas de 4.7 kilómetros de largo con una precisión de 950 attosegundos. Un attosegundo es una quintillonésima de segundo,o una millonésima de una millonésima de millonésima de segundo. Estas instalaciones pueden proporcionar el ritmo para grabar instantáneas de rayos X ultrarrápidas de procesos dinámicos en el mundo de las moléculas y los átomos. El equipo alemán-estadounidense en torno al científico líder de DESY, Prof. Franz XKärtner del Centro para la Ciencia del Láser Libre de Electrones CFEL en Hamburgo informa el logro en la revista científica Luz: ciencia y aplicaciones .
"La precisión extrema del tiempo es importante para muchas áreas de investigación", dice el estudiante de doctorado Kemal Şafak del grupo de Kärtner, uno de los autores principales del artículo. "Por ejemplo, las tareas desafiantes de geodesia requieren sincronización de señal con precisión de picosegundos, que es unbillonésima de segundo. La navegación de alta precisión y los conjuntos de telescopios múltiples para astronomía necesitan una precisión incluso mayor de hasta 40 femtosegundos ". Un femtosegundo es un cuadrillonésimo de segundo, o 1000 attosegundos".
Los centros de investigación como DESY que trabajan en láseres de electrones libres de rayos X XFEL tienen como objetivo tomar instantáneas de procesos ultrarrápidos en el nanocosmos, por ejemplo, la dinámica estructural de biomoléculas o reacciones químicas ". Los rayos X proporcionan una excelente resolución espacial en la escalade átomos ", explica Şafak." El desafío es lograr la resolución temporal necesaria en la escala de attosegundos, donde tienen lugar importantes procesos moleculares y atómicos ".
El FLASH láser pionero de electrones libres de DESY ya presenta una impresionante precisión de temporización en toda la instalación de 30 femtosegundos. Esto es importante para los llamados experimentos de sonda de bomba, donde se inicia un proceso dinámico, por ejemplo, una reacción química.un pulso láser y analizado con otro pulso láser después de un retraso bien definido. La repetición del experimento con tiempos de retraso que aumentan lentamente produce una serie de instantáneas y crea una película en cámara super lenta de la reacción o proceso bajo investigación. Sin sincronización entre los pulsos, la dinámica no se puede resolver claramente en la película.
"Si podemos lograr una precisión aún mejor, esto prometería una ciencia radicalmente nueva al arrojar luz sobre los procesos moleculares y atómicos que ocurren en la escala de tiempo de attosegundos. Se espera que esto revolucione muchos campos de investigación desde la biología estructural hasta la ciencia de los materiales y la química hasta la física fundamental", explica Kärtner, quien también es profesor de Física en la Universidad de Hamburgo y continúa ejecutando programas de investigación activos en el Instituto de Tecnología de Massachusetts MIT, donde comenzó a trabajar en sistemas de distribución de temporización de alta precisión durante más de una década.hace.
"Las instalaciones como los XFEL y los centros de attoscience basados en láser requieren una sincronización de docenas de señales ópticas y de microondas en todo el sistema, a menudo a distancias de más de un kilómetro", agrega Kärtner. Para este propósito, los investigadores han desarrollado un sistema de distribución de temporización ópticaque utiliza el tren de pulsos de ruido ultrabajo de un láser de modo bloqueado como su señal de sincronización. Usando enlaces de fibra óptica estabilizados, la señal de sincronización se transfiere a una gran distancia desde una ubicación central a múltiples estaciones finales, donde se realiza una sincronización eficiente y robustaRealizado con fuentes remotas ópticas y de microondas.
Al desarrollar nuevos detectores de temporización ultrarrápidos y suprimir cuidadosamente las no linealidades de la fibra junto con las contribuciones fundamentales de ruido, los científicos han podido lograr una precisión de temporización de 950 attosegundos en una red láser-microondas de 4,7 km de largo durante 18 horas "., es la primera vez que se logra una sincronización mejor que un solo femtosegundo entre láseres bloqueados en modo distante y osciladores de microondas en una escala de toda la instalación durante un período prolongado de tiempo ", dice Şafak.
"La red láser-microondas con precisión de attosegundos permitirá a los XFEL de próxima generación y otras instalaciones científicas operar con una precisión de tiempo sin precedentes, ayudándoles a desarrollar todo su potencial", subraya Kärtner. "Esto impulsará nuevos esfuerzos científicos hacia la fabricaciónde películas atómicas y moleculares en la escala de tiempo de attosegundos, abriendo así muchas nuevas áreas de investigación en biología, desarrollo de fármacos, química, física fundamental y ciencia de los materiales. Además, también se espera que esta técnica acelere el desarrollo en muchos otros campos de investigación fronterizos que requieren un alto tiempo temporalresolución como la comparación de relojes ópticos ultraestables, astronomía de ondas gravitacionales y conjuntos de antenas ópticas coherentes "
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por DISEÑO Deutsches Elektronen-Synchrotron . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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