Ràpids raigs x de mida de sobretaula

Estudiar les accions fugaces dels electrons en materials orgànics ara serà molt més fàcil gràcies a un nou mètode que permet generar raigs x ràpids.

Aquesta tècnica significa que ara es podran fer mesures avançades de ràpides reaccions en els laboratoris de física de tot el món, sense haver d'esperar a utilitzar equips cars i escassos. Es podria utilitzar, per exemple, per estudiar i millorar les tecnologies de recollida de la llum, com panells solars i els water splitters.
Quan els raigs x "suaus", més enllà de la gamma de llum ultraviolada, colpegen un objecte, són fortament absorbits per alguns tipus d'àtoms, però no per altres. En concret, l'aigua és transparent per aquests raigs x, però el carboni els absorbeix, fent-los útils per a l'obtenció d'imatges de materials orgànics i biològics.

No obstant això, un repte ha estat generar raigs x molt suaus i molt ràpids. La creació de pulsacions de raigs x que només duren una mil·lèsima de la milionèsima d'una milionèsima de segon permetrien als investigadors fer una imatge dels moviments extremadament ràpids dels electrons, crucials per determinar com es produeixen els recorreguts de la càrrega i les seves reaccions.
S'han creat raigs x ràpids amb grans instal·lacions, com ara làsers d'electrons lliures de diversos milers de milions de dòlars, però ara un equip de recerca de l'Imperial College London ha generat polsos ràpids de raigs x amb làsers de laboratori estàndard. El mètode, que pot produir polsos de raigs x suaus brillants que duren centenars d'àtons segons (segles d'un segon), s'ha publicat al Science Advancements.
Amb la nova tècnica, els investigadors podran observar el moviment dels electrons en la seva escala de temps natural, donant-los una imatge dinàmica dels passos de reacció més petits i ràpids.

L'autor principal, el professor Jon Marangos del Departament de Física de l'Imperial, va afirmar que: "La força d'aquesta tècnica és que pot ser utilitzada per molts laboratoris de física del món amb làsers que ja tenen instal·lats".
Aquest descobriment permetrà fer mesures en períodes de temps extrems per primera vegada. S'està a les fronteres del que es pot mesurar, veient processos més ràpids que mai ha vist la ciència i la tecnologia.
La generació de raigs x en un laboratori requereix d'àtoms fins que alliberi fotons-partícules de llum. Normalment, els àtoms d'un núvol llarg i dispers, s'exciten de manera seqüencial per emetre fotons a la fase, el que significa que s'afegeixen i creen un pols de raigs X més potent. Això es coneix com a coincidència de fase.
Però quan es tracta de generar raigs x suaus d'aquesta manera, els efectes en el núvol d'àtoms desestabilitzen fortament el làser, alterant la coincidència de fase.
En canvi, l'equip va descobrir que necessitaven un núvol dens d'àtoms i polsos làser curts. Amb aquesta configuració, mentre els fotons no podien mantenir-se en fase d'una llarga distància, encara estaven en fase d'una distància més curta i per poc temps. Això va provocar una producció inesperadament eficient dels breus polsos de raigs x suaus.

L'equip va mesurar i simular els efectes exactes que generen una alta generació harmònica en aquesta situació i, d'aquesta manera, van poder predir les condicions làser òptimes per crear una sèrie de raigs X. S'ha aconseguit mirar dins del que era abans una caixa negra de generació de raigs x, i utilitzar aquesta informació per construir un làser de raigs x en una taula que pot competir amb els làsers d'instal·lacions com un camp de futbol.
L'equip de l'Imperial, planeja utilitzar la tècnica per estudiar materials orgànics de polímers, en particular aquells que recullen els raigs del Sol per produir energia o dividir l'aigua. Aquests materials s'estan estudiant intensament, ja que poden proporcionar energia renovable més barata.
No obstant això, molts materials utilitzats actualment són inestables o ineficients, a causa de l'acció dels electrons que s'il·lusionen per la llum. Un estudi més estret de les interaccions ràpides d'aquests electrons podria proporcionar informació valuosa sobre els mètodes per millorar les cèl·lules solars i els catalitzadors.

Font: Imperial College London

La història del làser

Tot i que encara soni a arma de ciència ficció, el làser és un fill de la física quàntica tan sofisticat com d'ús quotidià: als lectors de la caixa del supermercat, en els reproductors de CD o DVD i també en les operacions per corregir la miopia. El seu fonament teòric el va apuntar Einstein, però el camí de la teoria a la pràctica no va ser una línia recta: van haver de passar dècades fins que un cúmul d'encerts i despropòsits, de col·laboracions i rivalitats, de ciència pura i interessos militars, van fer realitat el làser.

El màser (o làser de microones) primer dispositiu d'aquest tipus, va ser patentat el 24 de març de 1959 per Charles Townes i Arthur Schawlow. Tot i que la seva empresa no li veia una aplicació clara a aquell invent. La idea per amplificar ones de la mateixa freqüència (longitud d'ona) la va plasmar Albert Einstein en dos articles del 1916. No obstant això, la seva realització pràctica, amb tots els nous elements teòrics i experimentals que això va comportar no va arribar fins a la dècada del 1950. Els responsables d'aquest èxit van ser, de manera independent, els físics soviètics Aleksandr Prokhorov i Nikolai Basov, i el nord-americà Charles Townes. I, al marge de qui va ser primer i de la lluita entre les dues superpotències de la Guerra Freda, aquesta vegada els tres van compartir el reconeixement, en rebre el Premi Nobel de Física de 1964.

Al maig del 1952, durant una conferència sobre ràdio-espectroscòpia a l'Acadèmia de Ciències de la URSS, Basov i Prokhorov van descriure el principi del màser, tot i que no van publicar res fins a dos anys després (Basov i Prokhorov 1954). I no només van descriure el seu principi, sinó que també Basov en va construir un com a part de la seva tesi doctoral, uns pocs mesos després que Townes fes el mateix.
Val la pena resumir com Townes va arribar per la seva banda a la mateixa idea del màser, ja que il·lustra sobre com de diversos poden ser els elements que formen part dels processos de descobriment científic. Després de romandre en els laboratoris Bell entre el 1939 i el 1947, on es va ocupar, entre altres temes, de la recerca relacionada amb el radar, Townes va passar al Radiation Laboratory de la Universitat de Columbia, creat durant la Segona Guerra Mundial per desenvolupar radars, essencials per al desenvolupament de la guerra.

Igual que altres institucions, aquest laboratori va continuar rebent diners dels militars després de la contesa, dedicant el 80% del seu pressupost al desenvolupament de tubs que generessin microones. A la primavera de 1950, Townes va organitzar, a Columbia i per a l'Oficina d'Investigació de la Marina, un comitè assessor per a considerar noves formes de generar microones de menys d'un centímetre. Després d'un any de considerar la qüestió, se li va ocórrer un nou enfocament abans d'assistir a una de les sessions del seu comitè: era la idea de màser. Quan va aconseguir, al 1954 i en col·laboració amb un jove doctor, Herbert J. Zeiger, i un doctorand, James P. Gordon, fer realitat operacional aquesta idea utilitzant un gas de molècules d'amoníac, va resultar que les oscil·lacions produïdes pel màser es caracteritzaven no només per la seva alta freqüència i potència, sinó també per la seva uniformitat. El màser, en efecte, produeix una emissió coherent de microones; és a dir, radiació altament concentrada, d'una única longitud d'ona.

Fins i tot abans que els màsers comencessin a proliferar, alguns físics van començar a intentar estendre la seva idea a altres longituds d'ona. Entre ells hi havia el propi Townes (també Basov i Prokhorov) qui, a partir de la tardor de 1957 va iniciar treballs per anar des de les microones a la llum visible, col·laborant amb el seu cunyat, Arthur Schawlow, un físic dels laboratoris Bell. Fruit dels seus esforços va ser un article bàsic en el qual mostraven com es podria construir un làser, al qual encara denominaven màser òptic. No està de més esmentar que els advocats dels laboratoris Bell, per als quals treballava Schawlow i amb els quals Townes tenia un contracte d'assessor, van pensar que la idea del làser no tenia interès suficient com per ser patentada; únicament ho van fer davant la insistència de Townes.
La cursa per construir un làser es va intensificar a partir de llavors. Encara que la història posterior no sempre ha estat prou clara en aquest punt, el primer que va tenir èxit va ser Theodore Maiman, que va aconseguir posar en funcionament un làser de robí el 16 de maig de 1960 a les Hughes Research Laboratories.
Maiman va enviar a la llavors recentment establerta Physical Review Letters un manuscrit amb els seus resultats, però va ser rebutjat com només un altre article sobre el màser. Així que ho va intentar a Nature, en el número del 6 d'agost de 1960 va aconseguir publicar el resultat del seu treball. Poc després, Schawlow anunciava a Physical Review Letters (el seu article sí que va ser acceptat) que havia posat en funcionament un altre làser, també de robí i considerablement més gran i potent que el de Maiman.

Font: OpenMind

Les guies de freqüència amb làser poden ser el futur del Wi-Fi

El tràfic de dades de la telefonia mòbil i el Wi-Fi augmenten de forma exponencial però, a no ser que es pugui augmentar la capacitat d'enllaços sense fils, tot aquest trànsit està obligat a generar colls d'ampolla inacceptables.
Les properes xarxes 5G són una solució temporal, però no a llarg termini. Per a això, els investigadors s'han centrat en les freqüències de terahertz (THz) i en les longituds d'ona de submilímetre de l'espectre electromagnètic. Les dades que viatgen a freqüències de terahertz podrien viatjar centenars de vegades més ràpid que les de les xarxes sense fils actuals.

Al 2017, els investigadors de l'Escola Harvard John A. Paulson d'Enginyeria i Ciències Aplicades (SEAS) de Cambridge, Massachusetts, van descobrir que una guia de freqüència infraroja en un làser quàntic en cascada, podria oferir una nova forma de generar freqüències de terahertz. Ara, aquests investigadors han descobert un nou fenomen quàntic de freqüència làser en cascada, que permetrien a aquests dispositius actuar com a transmissors o receptors integrats que poden codificar de forma eficient la informació.

Aquest treball representa un canvi de paradigma complet per a la manera com es pot operar un làser, segons diu Federico Capasso, professor de física aplicada al Robert L. Wallace, investigador sènior en enginyeria elèctrica del Vinton Hayes i autor principal del document: "Aquest nou fenomen transforma un làser -un dispositiu que funciona en freqüències òptiques- en un modulador avançat a freqüències de microones, que té un significat tecnològic per a un ús eficient de l'ample de banda en els sistemes de comunicació".
Les guies de freqüència són àmpliament utilitzades, eines d'alta precisió per mesurar i detectar diferents freqüències. A diferència dels làsers convencionals, que emeten una sola freqüència, aquests làsers emeten simultàniament múltiples freqüències, uniformement espaiades per assemblar-se a les pues d'una pinta. Actualment, es fan servir guies de freqüència òptica per a tot, des de la mesura de les empremtes dactilars de molècules específiques fins a per detectar exoplanetes distants.

Aquesta investigació, però, no estava interessada en la producció òptica del làser.
"Estàvem interessats en el que estava passant dins del làser, en l'esquelet d'electrònica del làser", va dir Marco Piccardo, becari postdoctoral del SEAS i primer autor del document. "Mostrem, per primera vegada, que un làser a longituds d'ona òptica funciona com a dispositiu de microones".
A l'interior del làser, les diferents freqüències de llum pugen juntes per generar radiació de microones. Els investigadors van descobrir que la llum a l'interior de la cavitat del làser fa que els electrons oscil·lin a les freqüències de microones, que es troben dins de l'espectre de comunicacions. Aquestes oscil·lacions poden ser modulades externament per codificar la informació en un senyal portador.
"Aquesta funcionalitat mai s'ha demostrat abans en un làser", va dir Piccardo. "Hem demostrat que el làser pot actuar com un modulador de quadratura anomenat, permetent enviar dos elements d'informació diferents simultàniament a través d'un únic canal de freqüència i, successivament, recuperar-se a l'altre extrem d'un enllaç de comunicació".

"Actualment, les fonts terahertz tenen serioses limitacions a causa d'un ample de banda limitat", va dir Capasso. "Aquest descobriment obre un aspecte completament nou de les pintes de freqüència i podria conduir, en un futur proper, a una font terahertz per a comunicacions sense fils".

Font: Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences

Transmissió de dades per làser

Una empresa alemanya ha aconseguit una aproximació a aquesta tecnologia amb un làser capaç de transportar fins a 212,5 GB per segon, una velocitat cinc vegades més ràpida que el rècord mundial de la radiofreqüència.

La transmissió d'enormes masses de dades està fent arribar als seus límits la capacitat de la radiofreqüència, de manera que empreses de tot el món estan treballant en una tecnologia làser que pugui servir com a substituta, una idea que sona més a pel·lícula de ciència-ficció que a la realitat.
El principal avantatge de les emissions làser és precisament la seva major capacitat. Mentre que el rècord mundial de la radiofreqüència és de 36 gigabits per segon (4,5 GB per segon), els investigadors del Centre Aeroespacial d'Alemanya (DLR, per les seves sigles en alemany), situat prop de Munic, van aconseguir amb làser un volum de 1,7 terabits per segon (212,5 GB per segon).

"En el cas de la radiofreqüència hi ha un límit físic, però la freqüència és molt més elevada en el cas del làser", explica Wolfram Peschko, president del consell d'administració de Mynaric AG, una signatura sorgida del DLR i que està investigant aquesta tècnica per transformar-la en la forma de compartir dades del futur. "Partim d'una base molt diferent que les clàssiques empreses espacials que viuen de grans encàrrecs estatals i fabriquen productes individuals molt costosos", comenta Peschko, afegint que "quan aborden un projecte dura anys i és realment car. Venim de l'àrea finançada a nivell privat, els nostres temps de desenvolupament són relativament curts".

Entre els interessats hi figuren grans companyies d'abast mundial com Facebook, Google i SpaceX, la companyia espacial d'Elon Musk, i és que la quantitat de dades transmeses a nivell global augmenta constantment. "La necessitat actual és d'uns 10 gigabits per segon (1,25 GB per segon), però en un parell d'anys serà probablement de 100 gigabits (12,5 GB)", estima Peschko. Un altre factor és el cost, ja que la comunicació sense fils làser és més molt més barata que la fibra òptica. "Si cal passar tot sota terra, el procés és molt car", apunta.

"Les xarxes en l'aire amb ajuda de la nostra tecnologia són fins a 10 vegades més barates que les xarxes clàssiques que van per terra", assegura. La transmissió òptica és possible en múltiples variants: des del satèl·lit o un avió a terra o des d'un satèl·lit a un altre o d'un avió a un altre. "Necessitem un internet alternatiu en l'aire", afirma Markus Knapek, també del consell d'administració de Mynaric.

Font: emol

El làser més proper per a la millora de la velocitat de processament dels sensors

Un equip d'investigadors multinacionals liderat pel professor d'enginyeria de la Universitat d'Arkansas, Shui-Qing Fisher Yu i un fabricant líder d'equips de semiconductors d'Arkansas, han realitzat importants millores en un nou tipus de làser, un dispositiu semiconductor que s'injecta amb llum, similar a una injecció de corrent elèctrica. Aquest làser "bombejat òpticament" que està fabricat en envolvent de germani creix en substrats de silici, podria fer possible una velocitat de processament més ràpida a molt menor cost.

Els nous descobriments, publicats a ACS Photonics, un diari de la American Chemical Society, van demostrar que la versió més recent d'aquest tipus de làser és capaç de cobrir un rang de longitud d'ona més ampli, de 2 a 3 micròmetres, mentre s'utilitza un llindar inferior de pèrdua i major temperatura d'operació - 180 Kelvin, o menys 135 Farenheit - el que significa menys consum d'energia.

La envolupant d'aliatge de germani és un material semiconductor prometedor que es pot integrar fàcilment en circuits electrònics, com els que es troben en xips i sensors d'ordinador. El material pot conduir al desenvolupament de components electrònics que consumeixen poc, són de baix cost, lleugers, compactes que usen llum per a la transmissió i detecció d'informació.

Font: Universitat d'Arkansas

La llanda de germani potenciarà l'emissió eficient de la llum, una característica que el silici, el semiconductor estàndard per a xips d'ordinador, no pot fer. En els últims anys, els científics i enginyers de materials, inclosos Yu i diversos dels seus col·legues en aquest projecte, s'han centrat en el creixement de la lata de germani en substrats de silici per construir un superxip optoelectrònic que pot transmetre dades molt més ràpid que els xips actuals. Al 2016, Yu i els seus col·legues van informar sobre la fabricació del làser de bombeta òptica de primera generació.
Els investigadors van aconseguir per primera vegada una temperatura de les operacions de làser fins a 110 Kelvin. La temperatura més recent aconseguida pel seu làser és de 180 Kelvin, o menys de 135 graus Farenheit, el més alt reportat per a un làser de llanda de germani fins al moment.
El rang de longitud d'ona més ampli significa potencialment més capacitat per transmetre dades, va dir Yu. Un llindar de lliscament inferior i una temperatura de funcionament més alta permeten un menor consum d'energia, que manté els costos baixos i ajuda amb la simplicitat del disseny. Yu va dir que aquestes millores indiquen que el dispositiu és més proper a l'aplicació pràctica.

Yu va atribuir el rendiment del làser superior a un enfocament exclusiu de creixement epitaxial que els investigadors van desenvolupar basant-se en mètodes recentment descoberts de creixement del material. L'epitaxi és el procés de dipositar capes de materials semiconductors sobre un substrat cristal·lí.

Font: Universitat d'Arkansas

Accelerant raigs de llum en un espai corbat

Fer brillar un làser al llarg de la carcassa interior d'una bombeta incandescent ha permès als físics realitzar la primera demostració experimental de com un feix de llum accelera en un espai corbat. En comptes de moure's per una trajectòria geodèsica (la ruta més curta en una superfície corba), el feix accelerador s'allunya de la trajectòria geodèsica com a resultat de la seva acceleració.

Anteriorment s'havien demostrat acceleracions de raigs de llum sobre superfícies planes, sobre les quals la seva acceleració els fa seguir trajectòries corbes en lloc de línies rectes. L'ampliació dels raigs acceleradors a les superfícies corbes obre les portes a possibilitats addicionals, com ara emular fenomens de relativitat general (per exemple, lents gravitacionals) amb dispositius òptics al laboratori.
Els físics, Anatoly Patsyk, Miguel A. Bandres i Mordechai Segev al Technion - Israel Institute of Technology, juntament amb Rivka Bekenstein a la Universitat de Harvard i el Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, van publicar un document sobre els raigs de llum accelerats en un espai corbat en un número recent de la revista Physical Review X.

Aquest treball obre les portes a una nova via d'estudi en el camp dels raigs acceleradors ja que, fins ara, els raigs acceleradors només s'estudiaven en un mitjà amb una geometria plana, com és un espai lliure pla o guies d'ona. En el treball actual, els raigs òptics segueixen trajectòries corbes en un mitjà corbat.
En els seus experiments, els investigadors van transformar per primera vegada un feix làser comú en un accelerador reflectint el feix de làser fora d'un modulador de llum espacial. Com expliquen els científics, això crea un front d'ones específic al raig. El feix resultant s'accelera i manté la forma, el que significa que no s'expandeix, ja que es propaga en un mitjà corbat, com ho farien els ragis de llum normals. El feix d'acceleració es llança a la envolupant d'una bombeta incandescent de manera que es va dispersar la llum i fer visible la propagació del raig.
Al moure's per l'interior de la bombeta, el feix accelerador segueix una trajectòria que es desvia de la línia geodèsica. Per a la comparació, els investigadors també van llançar un feix no accelerador dins de la bombeta, i van observar que aquest feix segueix la línia geodèsica. En mesurar la diferència entre aquestes dues trajectòries, els investigadors podrien determinar l'acceleració del feix accelerador.

Mentre que la trajectòria d'un feix accelerador sobre una superfície plana està determinada íntegrament per l'amplada del feix, el nou estudi mostra que la trajectòria d'un feix accelerador sobre una superfície esfèrica està determinada tant per l'ample del feix com per la curvatura de la superfície. Com a resultat, un feix accelerador pot canviar la seva trajectòria, així com un focus periòdicament, a causa de la curvatura.
La capacitat d'accelerar els raigs de llum al llarg de superfícies corbes té una varietat d'aplicacions potencials, una de les quals és l'emulació de fenomens de la relativitat general.

Les equacions d'Einstein de la relativitat general determinen, entre altres aspectes, l'evolució de les ones electromagnètiques en un espai corbat. Resulta que l'evolució de les ones electromagnètiques en un espai corbat d'acord amb les equacions d'Einstein equival a la propagació d'ones electromagnètiques en un mitjà material descrit per les susceptibilitats elèctriques i magnètiques que es poden variar en l'espai. Aquest és el fonament de l'emulació de nombrosos fenomens coneguts a partir de la relativitat general per les ones electromagnètiques que es propaguen en un mitjà material, donant lloc als efectes emuladors com la lent gravitacional i els anells d'Einstein.
Els resultats també podrien oferir una nova tècnica de control de nanopartícules en vasos sanguinis, microcanals i altres corbes. L'acceleració dels ragis plasmònics (que estan fetes d'oscil·lacions de plasma en lloc de llum) es podria utilitzar per transferir la potència d'una àrea a una altra sobre una superfície corba. Els investigadors planifiquen explorar aquestes possibilitats i d'altres en el futur.

Font: Physical Review X

El làser i la reina del billar

El 1924, Albert Einstein va rebre l'article científic publicat per un jove físic hindú anomenat Satyendranath Bose. En ell, es descrivia la llum com un gas de partícules anomenades fotons. Certament es tractava d'un gas estrany, perquè els fotons descrits per Bose no es comportaven com els objectes que ens envolten.

Un fotó és una partícula de llum emesa, generalment, per un àtom al qual prèviament se li ha subministrat energia. Cada àtom o molècula pot acceptar energia tan sols en quantitats concretes, és a dir en forma de paquets anomenats quants, i també se'n desfà de la mateixa manera. La situació és equivalent al que passa en pujar i baixar una escala. En pujar es van fent salts d'esglaó en esglaó, també es podria pujar els esglaons de dos en dos o de tres en tres. Ara bé, el que no es pot és pujar mig esglaó o un quart. El mínim que es pot desplaçar és un esglaó sencer o múltiples d'aquest. Així doncs, en pujar s'està emmagatzemant energia a salts.
En baixar, es pot fer també de moltes maneres: saltant els graons d'un en un o saltant més d'un esglaó cada vegada. Dit d'una altra manera, si es valora l'energia de cada esglaó amb un nombre, es diu que es perd energia en blocs sencers, però és impossible fer-ho en fraccions de graons. Bé doncs, un àtom actua de la mateixa manera.

El que Einstein va intuir va ser el següent: Si imaginem que en un recipient hi ha un gran nombre d'àtoms excitats prèviament per algun mètode que no ve al cas. Els àtoms excitats tendeixen a perdre l'energia que els sobra emetent llum i el lògic seria pensar que perdran la seva energia de manera aleatòria. És a dir, un baixarà un esglaó d'energia, un altre baixarà tres graons d'una vegada o disset, per donar uns números, però ho faran de manera independent. No obstant això, els fotons de la llum actuen d'una manera molt diferent. Si un àtom allibera un fotó, quan aquest xoca amb un altre àtom pot provocar que alliberi un fotó idèntic al primer, així tots dos fotons idèntics viatjaran en la mateixa direcció, és a dir, l'existència d'un primer fotó provoca l'aparició d'altres de la mateixa classe.
És com si, un cop que una bola de billar entrés en un forat, les que es llancen després tendissin a caure en el mateix. D'aquesta manera, hi hauria cada vegada més fotons amb la mateixa energia, és a dir amb la mateixa freqüència de llum, i es produiria una "radiació estimulada". Aquest és el principi bàsic del que després de més de 30 anys, es diria làser.

La teoria va haver d'esperar fins a la dècada dels 50 per veure la llum, en aquesta època quan es va construir el primer aparell que utilitzava el principi de "radiació estimulada" apuntat per Einstein. Curiosament no emetia llum visible sinó microones, unes radiacions que tenen la mateixa essència que la llum però que els nostres ulls no poden veure. El primer artefacte, dissenyat el 1953 pel nord-americà Charles Townes, utilitzava com a base molècules d'amoníac que en ser estimulades emetien microones. L'aparell va ser conegut després com Maser, on la M inicial indica que la radiació que produïa era al rang de les microones.

El làser. El nom és una abreviatura de la denominació anglesa que significa "Amplificació de llum Mitjançant Radiació estimulada". Va trigar encara diversos anys a arribar i la seva aparició no va estar lliure de polèmica. La prova és que durant més de 30 anys es van estar disputant la patent dos equips d'investigadors. En el primer es trobaven Townes (el dissenyador el primer màser) i Schawlow i en el segon hi havia Gordon Gould. Al principi, la patent va ser concedida als primers, però el 1977 una sentència judicial la va posar en mans de Gould.
És clar que una cosa és la patent i una altra construir el primer aparell capaç d'emetre llum làser. En aquest cas no hi va haver dubte, l'autor del primer làser operatiu va ser el nord-americà Theodore Maiman. Ho va aconseguir al 1960 utilitzant un vidre de cilíndric de robí. Maiman va fer que els dos extrems del cilindre fossin miralls, un reflectia tota la radiació, mentre que l'altre era semitransparent. Quan es produïa un primer fotó a l'interior del cristall de robí, aquest provocava l'aparició d'altres idèntics a ell que anaven sumant-se en el camí. Després, els miralls els reflectien la llum i el procés de creació de fotons continuava fins que una part d'aquests aconseguia escapar pel costat del mirall semitransparent. Aquests fotons formaven un feix estret i d'un color vermell intens: El LÀSER.
Després de 1960 va arribar la bogeria. Es van desenvolupar tot tipus de làsers i es van començar a aplicar en els camps més insospitats. La indústria va construir làsers per soldar, per foradar diamants, per tallar patrons de roba o per llegir els preus dels articles mitjançant el codi de barres. La llum làser s'utilitza per transmetre informació dins dels cables de fibra òptica que han revolucionat les telecomunicacions. En medicina s'utilitza de moltes maneres: un làser talla millor que un bisturí, solda els talls d'una retina amb una precisió extraordinària, destrueix càlculs del ronyó o desencalla una artèria obstruïda. En la tecnologia militar el làser s'utilitza per guiar míssils, avions o satèl·lits, fins i tot s'ha estudiat un làser potent que bé podria anomenar-se el "raig de la mort". El làser es pot utilitzar per restaurar monuments perquè la calor que produeix arrenca amb precisió els dipòsits de calç i brutícia acumulats pels anys en els objectes d'art. Gràcies al làser es pot escoltar les cançons preferides gravades en un disc òptic o es poden comprovar les teories d'Einstein, com s'acaba de fer fa molt poc amb la detecció de les ones gravitacionals.

Font: Ulises i la Ciencia

El làser de forats negres òptics

Potser alguna vegada ens hem preguntat si la radiació de Hawking d'un forat negre es pot utilitzar per fabricar un làser òptic. Per a això es requereix una cavitat òptica ressonant que actuï com a amplificador (recordem que LASER significa amplificació de llum per emissió estimulada de radiació). L'anàleg gravitatori a aquesta cavitat podria ser l'espai entre els horitzons de successos d'un forat negre i un forat blanc. Els forats blancs no existeixen a la natura. No obstant això, en lloc de forats blancs es podrien utilitzar els seus anàlegs físics. Usant fibra òptica es poden fabricar tant forats negres òptics com forats blancs òptics, encara que la radiació de Hawking, en aquests, no ha estat observada. Usant simulacions numèriques per ordinador es pot comprovar si el concepte funciona. En el cas unidimensional, la idea funciona, com han demostrat Daniele Faccio, Tal Arane, Marc Lamperti, Ulf Leonhardt a Optical black hole làsers, Classical and Quantum Gravity 29: 224.009, 18 octubre 2012 [ arXiv: 1209.4993 ].

Al 1923, W. Gordon va proposar usar anàlegs òptics per als forats negres, però no va ser fins al 1981 quan WG Unruh va suggerir en un famós article a PRL que es podrien utilitzar aquests anàlegs físics de forats negres per estudiar la radiació de Hawking en el laboratori. L'anàleg òptic més prometedor es va proposar al 2008 Th. G. Philbin gràcies a l'ús d'una fibra òptica; l'horitzó de successos tant forats negres com blancs s'obté a les ones de xoc que apareixen en els fronts de polsos òptics intensos en un material refractiu no lineal.
Encara no s'ha observat la radiació de Hawking utilitzant aquests anàlegs òptics. Potser cal aclarir això, ja que molts lectors recordaran els experiments de F. Belgiorno (el primer i més famós va ser Hawking Radiation from Ultrashort Laser Premi Filaments Phys. Rev. Lett. 105: 203.901, 8 nov 2010 ). Els seus resultats van ser notícia en molts mitjans, però els experts tenen molts dubtes. D'una banda, el seu anàleg òptic a un forat negre és molt discutible, ja que l'horitzó de successos es basa en la velocitat de fase del pols òptic, no en la velocitat de grup. D'altra banda, els fotons que els autors afirmen que s'emeten per radiació de Hawking s'observen en un règim clàssic en el que és impossible saber si són el resultat de la creació de parells a l'horitzó. Per tant, la majoria dels experts dubten del seu resultat i afirmen que encara no s'ha observat la radiació de Hawking en un anàleg físic, (més detalls en WG Unruh, R. Schützhold, Hawking radiation from phase horizons in làser fi Laments. Physical Review D 86: 064.006, 4 Set 2012 ). Tot això no treu que en els propers anys s'assoleixi aquest objectiu, catapultant a Stephen W. Hawking cap al Premi Nobel de Física.

Figura extreta de l'article de Lisa Grossman, "Black-hole làser edges closer to testing Hawking," New Scientist, 10 October 2012.

Daniele Faccio (Univ. Heriot-Watt, Edimburg), autor principal de l'article de F. Belgiorno, continua tractant de convèncer a tothom que la seva observació de la radiació de Hawking és correcta. Per això, Faccio i els seus col·legues han proposat el làser de forats negres òptics, que només pot funcionar si la predicció de Hawking és correcta, el que significa que si el seu laboratori (o algun altre) aconsegueix fabricar aquest tipus de làser s'haurà demostrat l'existència de la radiació de Hawking fora de tot dubte.

La idea és simple. S'envia un pols de llum a través d'un material òptic no lineal, en què l'índex de refracció depèn de la intensitat de la llum, de manera que entre els fronts del pols l'índex de refracció del material creix (és a dir, la velocitat de la llum en aquesta regió del material és més petita que fos del pols òptic). Gràcies a això es creen dos anàlegs òptics a sengles horitzons de successos. D'un forat negre en el front davanter, on la llum no pot escapar ja que es mou més lentament que a l'altre costat del front, i a un forat blanc al front del darrere, on la llum no pot penetrar per la mateixa raó d'abans. Introduint fotons de forma transversal al pols, s'aconsegueix que quedin tancats a la cavitat òptica efectiva formada pels horitzons de successos dels forats negre i blanc. La ressonància d'aquests fotons en la cavitat (els seus rebots entre tots dos horitzons de successos) permet l'amplificació de la llum si hi ha un mecanisme d'emissió estimulada. Aquest mecanisme seria la radiació de Hawking. La llum del làser s'emet quan el procés d'amplificació supera cert llindar.
Per tant, si Faccio i els seus col·legues, o altres investigadors, aconsegueixen fabricar un làser de forats negres òptics, s'haurà demostrat que la radiació de Hawking existeix i que el concepte d'horitzó de successos utilitzant la velocitat de fase funciona. Òbviament, la proposta teòrica sembla atractiva, però l'important és aconseguir dur a terme l'experiment en un laboratori.

Font: NAUKAS

Motor a reacció impulsat per làser i explosions nuclears

L'estiu passat, l'Oficina de Patents i Marques va aprovar una sol·licitud de Boeing per un motor d'avió impulsat per làser i nuclear.
Pels responsables de la companyia aeronàutica, que constantment estan a la recerca de noves formes i més eficients per alimentar els seus avions, aquest motor de làser és l'última idea que han desenvolupat els enginyers de Boeing.
Els avions moderns, tals com el Boeing Dreamliner són impulsats per múltiples motors de turboventilador. Aquests motors funcionen gràcies a una sèrie de ventiladors i turbines, les quals, comprimeixen aire gràcies a la combustió del combustible per produir l'empenta que cal per volar.
Aquest nou motor patentat per Boeing proporciona l'empenta d'una manera molt diferent i bastant nova. D'acord amb la presentació de la patent, el motor làser també pot ser utilitzat per a coets, míssils i, fins i tot, per naus espacials.
Ara mateix, el motor només és un document. La tecnologia està lluny encara.
Seguidament mostrem el concepte de funcionament del nou motor patentat per Boeing.
Aquest nou motor per a jets, treballa pel tret de làsers d'alta potència que bombardegen el material radioactiu, com ara el deuteri i el triti.

Els làsers vaporitzen el material radioactiu provocant una reacció de fusió, es a dir, una petita explosió termonuclear.

L'hidrogen o l'heli són els subproductes d'escapament que surten de la part posterior del motor sota alta pressió. Aquí és quan es produeix l'empenta.

Alhora, la paret interior de la cambra de propulsor del motor -recobert per urani 238- reacciona amb els neutrons d'alta energia produïts per la reacció nuclear i genera una immensa calor.

El motor aprofita la calor mitjançant l'execució de refrigerant al llarg de l'altre costat de la càmera de combustió recoberta per l'urani.

Aquest calor energitzat una vegada refredat, s'envia a través d'una turbina i un generador que produeix electricitat per alimentar els làsers del motor.

Font: Business Insider

Escaneig ràpid, escaneig barat

Es pot ocultar un radar darrera de la graella del seu cotxe o sota d'un panell de la carrosseria de plàstic, però l'equivalent làser sobresurt com una caixa per sobre del para-cops o com una torre a la part superior. Això és degut a què el feix de llum làser ha de ser dirigit mecànicament.
A més de ser gran i lleig, el Lidar d'avui és car i, per això, serà estrany veure'l per les carreteres. Només els cotxes experimentals ho porten. Però això canviarà, segons la Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA).

L'agència d'investigació de defensa acaba de demostrar que el sistema Lidar-on-a-Chip,  dirigeix ​​el seu feix electrònic tant com els radars d'avui, gràcies a l'ús de matrius de molts petits emissors. Cadascun dels senyals te una fase lleugerament diferent. Així, la nova xarxa en fase forma un feix sintètic que pot escombrar d'un extrem a un altre unes 100.000 vegades per segon.

Igual que totes les coses militars, el dispositiu té un nom llarg, ideat per produir un acrònim adeqüat: de curt abast, d'ampli camp de visió, extremadament àgil i dirigit electronicament per un emissor fotònic (REAPER).
És cert que el sistema experimental només cobreix un camp de 51 graus, però això és molt més del que qualsevol xip ha aconseguit mai.
El principal desafiament per als inventors del xip era com treure el feix en les freqüències de ràdio, les longituds d'ones no són ni tan sols una mil·lèsima part. Això significa que els elements de la matriu haurien d'anar dins d'unes poques micres, al voltat de 100 nanòmetres. Per tant, podria perjudicar el rendiment o, fins i tot, deixar de funcionar si queden tapats.

El projecte ha resolt aquests problemes amb la màgia fotolitografia, proporcionada pels investigadors de la Universitat de Califòrnia, Berkeley; Universitat de Califòrnia, Santa Bàrbara; Laboratoris HRL i el MIT.
DARPA diu que hi ha moltes raons per esperar que la tecnologia es presti a la producció en massa. Això, per descomptat, permetria reduir prou el cost dels xips per aconseguir que en els cotxes, robocopters, i qui sap què més, s'hi poguessin instal·lar.


Font: IEEESpectrum