Station of Extreme Light: El láser con el que China pretende crear materia

Las armas nucleares ya han demostrado que es posible convertir la materia en grandes cantidades de calor y luz, pero hacerlo al revés, convertir calor y luz en materia, es mucho más difícil y conseguirlo demostrará que la materia y la energía son intercambiables en cualquier dirección, como había expuesto Einstein en su famosa ecuación.

El proyecto más ambicioso al respecto es la Estación de Luz Extrema (Station of Extreme Light), que desde 2018 está desarrollando China en Shanghái; el cual ha conseguido avances significativos en su propósito de fabricar en 2023 láseres tan poderosos que podrían romper el espacio vacío y crear materia.

La Estación de Luz Extrema (SEL) es una instalación láser destinada a producir un láser con 100 petavatios (PW) de potencia máxima (un petavatio equivale a mil billones de vatios), objetivo que está previsto alcanzar dentro de dos años.

Una vez completado, el láser será el más poderoso de la Tierra, con una potencia 10.000 veces superior a la de todas las redes eléctricas del mundo combinadas y con una intensidad 10 billones de veces superior a la de la luz solar. El láser será lo suficientemente potente como para producir materia y antimateria directamente desde el vacío del espacio: nos permitirá observar en un laboratorio terrestre el mismo proceso que, supuestamente, dio origen al universo.

Un engañoso vacío

Aunque en teoría es posible obtener partículas aplicando un campo eléctrico en el vacío, hasta ahora no disponemos de tecnología para conseguirlo. Esa es la barrera que se pretende superar con SEL. Esta tecnología se basa en el hecho de que el vacío en realidad nunca está vacío: es como un estanque lleno de pares de electrones y positrones (partículas de materia y antimateria) que ocasionalmente emergen a la superficie (existencia), aunque se aniquilan entre sí tan pronto como se forman.

Un láser podría intervenir en ese proceso y separar las partículas de materia y antimateria antes de que colisionen. A continuación, puede conseguir que ambas emitan rayos gamma y generen más electrones y positrones. Ese aluvión de nuevas partículas y radiación podría detectarse cuando adquiere la densidad suficiente.

El láser habría conseguido así crear partículas y antipartículas como si hubieran surgido de la nada: demostraría que la luz puede arrancar partículas de materia y antimateria del espacio vacío, un fenómeno conocido como «romper el vacío».

Nueva aceleración

Conseguirlo no es nada sencillo, ya que el tema del vacío ha desconcertado a los científicos desde hace más de 80 años. La primera observación ocurrió en 2016, cuando un grupo de científicos consiguió observar las propiedades cuánticas del vacío en torno a una estrella de neutrones situada a 400 años luz de la Tierra; una operación muy difícil de repetir que el nuevo láser facilitará, porque creará directamente y medirá las propiedades cuánticas del vacío, aquí en la Tierra.

Science explica al respecto que el nuevo láser podría poner en marcha una nueva forma de acelerar partículas, tanto para la física de altas energías como para usos médicos. Aunque todavía falta un tiempo para llegar a esa meta, los progresos conseguidos hasta la fecha son bastante esperanzadores.

El milagro tecnológico será obra de la luz amplificada por emisión estimulada de radiación, más conocida como láser: el cual funciona estimulando electrones que emiten fotones en una corriente de luz con una longitud de onda específica. Los pulsos láser pueden potenciarse aumentando su energía o también acortando su duración. Los esfuerzos tecnológicos se han centrado en el pasado en aumentar la energía de los láseres.Los científicos de China han optado por acortar el tiempo de pulso y en esa línea han hecho progresos que, probablemente, le permitan alcanzar el objetivo pretendido: abrir al mundo una nueva rama de la física, llamada fotónica nuclear, llena de potencialidades tecnológicas todavía inimaginables.

Física completamente nueva

A medida que aumenta la intensidad del rayo, también lo hace la fuerza de su campo eléctrico, informa Science. A intensidades de alrededor de 1024 vatios por centímetro cuadrado, el campo sería lo suficientemente fuerte como para comenzar a romper la atracción mutua entre algunos de los pares electrón-positrón, dice Alexander Sergeev, ex director del Instituto de Física Aplicada de la Academia de Ciencias de Rusia (RAS). 

El campo láser sacudiría las partículas, provocando que emitieran ondas electromagnéticas, en este caso, rayos gamma. Los rayos gamma, a su vez, generarían nuevos pares de electrones y positrones, y así sucesivamente, dando como resultado una avalancha de partículas y radiación que podrían detectarse. “Esta será una física completamente nueva”, dice Sergeev, y agrega que los fotones de rayos gamma serían lo suficientemente enérgicos como para empujar los núcleos atómicos a estados excitados, marcando el comienzo de una nueva rama de la física conocida como “fotónica nuclear”: el uso de luz intensa para controlar los procesos nucleares.

Con información de Science, Phys.org, arXiv.org, DailyGalaxy y Agencia T21