Un equipo de físicos en China ha demostrado una mejora 20 veces mayor en las interacciones con láser ultrarrápidos al aprovechar las propiedades cuánticas de la luz, logrando esto sin aumentar la energía entregada al objetivo. Los hallazgos, publicados en Nature, tienen implicaciones potenciales sobre cómo se investiga la materia en escalas de tiempo extremadamente cortas.
Investigadores dirigidos por Jian Wu de la Universidad Normal del Este de China utilizaron un estado de luz cuántica conocido como vacío exprimido brillante (BSV) para desencadenar la ionización túnel en los átomos de sodio. A diferencia de los pulsos láser convencionales que emiten fotones a un ritmo constante, el BSV genera fluctuaciones extremas en la densidad de los fotones. Esto da como resultado breves ráfagas de muy alta intensidad instantánea, manteniendo una energía promedio baja.
El equipo descubrió que un pulso de BSV con una energía promedio de sólo 300 nanojulios producía el mismo efecto de ionización no lineal que un pulso láser convencional con una intensidad efectiva más de 20 veces mayor. Significativamente, esta mejora se produjo sin un aumento en la potencia promedio, lo que minimiza el riesgo de daño térmico o estructural tanto a los objetivos como a los componentes ópticos.
Los procesos ópticos no lineales son influyentes en varios campos, incluida la generación de altos armónicos y la física de attosegundos, que examina la dinámica de los electrones en escalas de tiempo de una quintillónésima de segundo. Los experimentos actuales en estas áreas a menudo operan cerca de los límites de daños materiales. Al manipular las propiedades estadísticas cuánticas de la luz en lugar de simplemente aumentar la energía del pulso, los investigadores indicaron que la fuerza de la interacción podría ajustarse independientemente de la potencia promedio, allanando el camino para futuros experimentos de attosegundos con menores costos de energía y menores daños colaterales.
Este trabajo se alinea con una tendencia más amplia en óptica cuántica que considera las fluctuaciones cuánticas como un recurso valioso en lugar del ruido. Aunque la técnica aún es experimental, sugiere un futuro en el que los estados cuánticos estructurados de la luz desempeñarán un papel esencial en la tecnología óptica ultrarrápida, complementando la intensidad del láser tradicional. El estudio refleja un cambio fundamental en la comprensión y aplicación de la luz cuántica en interacciones láser de alta precisión.
