Nada puede viajar más rápido que la luz, o 299.792.458 metros por segundo. Pero cierto grupo de partículas actúa como si pudiera, un equipo de físicos concluyeron recientemente, lo que podría allanar el camino para una poderosa fuente de luz que podría revelar nuevos tipos de ciencia.
Cuando los electrones son excitados y empujados, producen luz de varias energías que pueden usarse para estudiar fenómenos mucho más allá de los límites de a simple vista o con microscopios típicos. Los científicos han aprendido cómo generar y acorralar electrones en máquinas para lograr que las partículas se produzcan. luz de altas energías. Estas fuentes de luz, desde sincrotrones y ciclotrones hasta aceleradores lineales, permiten a los científicos ver cosas increíblemente pequeñas, como la estructura. de una molécula. Los conocimientos obtenidos gracias a esta tecnología han permitido el desarrollo de nuevos fármacos, la creación de mejores chips informáticos y no -investigación destructiva de fósiles. Las ondas emitidas por electrones, literalmente, arrojan luz sobre lo que de otro modo sería invisible.
Pero estas fuentes de luz no son comunes. Son caras de construir, requieren grandes extensiones de terreno y los científicos pueden reservarlas. meses de antelación. Ahora, un equipo de físicos postula que las cuasipartículas (grupos de electrones que se comportan como si fueran una sola partícula) pueden Se utilizan como fuentes de luz en laboratorios más pequeños y en entornos industriales, lo que facilita a los científicos hacer descubrimientos dondequiera que estén. La investigación del equipo describir sus hallazgos es publicado hoy en La Naturaleza Fotónica.
“Ninguna partícula individual se mueve más rápido que la velocidad de la luz, pero las características de la colección de partículas pueden y lo hacen”, dijo John Palastro, físico del Laboratorio de Energética Láser de la Universidad de Rochester y coautor del nuevo estudio, en un vídeo llame con Gizmodo. “Esto no viola ninguna regla o ley de la física”.
“Creo que relajar esos requisitos en el haz de electrones y alejarse de esta idea de que cada electrón tiene que moverse al unísono para “producir esta radiación muy coherente realmente democratiza estas fuentes, las hace más accesibles”, añadió Palastro.
En su artículo, el equipo explora la posibilidad de crear fuentes de luz basadas en aceleradores de plasma tan brillantes como láseres de electrones libres más grandes mediante la fabricación de sus luz más coherente, frente a las cuasipartículas. El equipo realizó simulaciones de las propiedades de cuasipartículas en un plasma usando supercomputadoras disponibles por el Empresa Conjunta Europea de Computación de Alto Rendimiento (EuroHPC JU), según la Universidad de Rochester liberar.
Los grandes aceleradores lineales son algunas de las fuentes de luz más poderosas de la Tierra. Considere la actualización de mil millones de dólares al Linac Coherent del Laboratorio Nacional de Aceleradores SLAC. Light Source—simplemente llamada LCLS-II—que logró la primera luz el último mesEl LCLS-II puede generar un millón de pulsos de rayos X por segundo, en comparación con los minúsculos 120 pulsos por segundo del LCLS original. Los pulsos de rayos X son 10.000 veces más brillantes que los producidos por LCLS, allanando el camino para que los científicos observen fenómenos previamente invisibles, desde Moléculas en células vegetales sobre cómo los materiales cambian de fase. Todos esos rayos X son producidos por grupos de electrones que se mueven rápidamente, utilizando grandes imanes. Puede leer un desglose completo sobre cómo funcionan los aceleradores lineales como LCLS-II. aquí.
En un acelerador lineal, “cada electrón está haciendo lo mismo que el conjunto”, dijo Bernardo Malaca, físico del Instituto Superior Técnico en Portugal y autor principal del estudio, en una videollamada con Gizmodo. “No hay ningún electrón que esté ondulando en “Eso es así, pero todavía estamos creando un espectro similar a un ondulador”.
Los investigadores comparan las cuasipartículas con las ola mexicana, un comportamiento colectivo popular en el que los aficionados al deporte se ponen de pie y se sientan en secuencia. Un estadio lleno de gente puede dar la ilusión de una ola que ondea alrededor del lugar, aunque ninguna persona se mueve lateralmente.
“Se puede ver claramente que la onda podría, en principio, viajar más rápido que cualquier ser humano, siempre que la audiencia colabore. Las cuasipartículas son “Muy similar, pero la dinámica puede ser más extrema”, dijo el coautor Jorge Vieira, también físico del Instituto Superior Técnico. en un correo electrónico a Gizmodo. “Por ejemplo, las partículas individuales no pueden viajar más rápido que la velocidad de la luz, pero las cuasipartículas pueden viajar a cualquier velocidad, incluida la superlumínica”.
“Debido a que las cuasipartículas son el resultado de un comportamiento colectivo, no hay límites para su aceleración”, añadió Vieira. “En principio, esta aceleración podría ser tan fuerte como en las proximidades de un agujero negro, por ejemplo”.
Para ser claro: los electrones del grupo que compone la cuasipartícula no se mueven más rápido que la luz, pero la cuasipartícula puede viajar efectivamente más rápido que la luz, dicen los investigadores, si las longitudes de onda involucradas son mayores que la cuasipartícula misma.
La diferencia entre lo que está sucediendo perceptualmente y lo que realmente está sucediendo con respecto a viajar más rápido que la luz es una “distinción innecesaria”, dijo Malaca. Cosas reales que viajan más rápido que la luz, que no son partículas individuales, sino ondas o perfiles de corriente. Aquellas que viajan más rápido que la luz. y puede producir efectos reales más rápidos que la luz. Así que se miden cosas que sólo se asocian con partículas superluminales”.
El grupo descubrió que la calidad colectiva de los electrones no tiene que ser tan prístina como los haces producidos por grandes instalaciones, y podría prácticamente podría implementarse en entornos más “de mesa”, dijo Palastro. En otras palabras, los científicos podrían realizar experimentos utilizando fuentes de luz muy brillantes en -sitio, en lugar de tener que esperar una apertura en un acelerador lineal en demanda.
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