Un pulso de rayos X permite observar un plasma en varias escalas

Un plasma puede cambiar tanto entre un ensayo y el siguiente que reconstruir su historia a partir de muchas mediciones resulta difícil. Para observarlo mejor, un equipo internacional desarrolló una forma de registrar, con un único pulso de rayos X, señales que describen estructuras muy pequeñas y otras más grandes a la vez. La prueba se realizó sobre un conjunto ordenado de varillas microscópicas de silicio que un láser intenso transformó en plasma.

El plasma es un gas en el que los átomos han perdido parte de sus electrones. Aparece en las estrellas, en relámpagos y en dispositivos de laboratorio donde la materia recibe mucha energía. En estos experimentos, su evolución inicial ocurre en escalas de tiempo de picosegundos: una millonésima de una millonésima de segundo. A esa velocidad, repetir el mismo estado no está garantizado; una variación pequeña en las condiciones iniciales puede cambiar las estructuras que se forman.

Los investigadores usaron dispersión de rayos X a ángulos pequeños, una técnica que infiere la estructura de un objeto a partir de cómo desvía la radiación. Habitualmente, el centro del haz se cubre con un bloqueador para que su intensidad no dañe ni sature el detector. Esa protección deja sin registrar precisamente la parte de la señal cercana al centro, que contiene información sobre las estructuras de mayor tamaño.

En lugar de ese bloqueador, el nuevo montaje colocó delante de la cámara varias láminas de aluminio con espesores y tamaños calculados. Los filtros atenúan más la luz donde es más intensa, sin eliminarla por completo. Como su transmisión es conocida, las señales registradas pueden corregirse después para recuperar el patrón original. Así, una sola toma reúne información que antes quedaba repartida entre regiones inaccesibles o mediciones separadas.

En la instalación japonesa SACLA, el equipo comparó la dispersión de rayos X antes y después de irradiar la matriz de varillas con un láser de alta intensidad. El método permitió seguir cómo las columnas de plasma se expandían y se volvían menos densas desde decenas hasta cientos de nanómetros, con resolución temporal inferior a un picosegundo. Al combinar los datos con simulaciones, los autores concluyeron que el tamaño inicial de la capa de plasma influye de forma importante en cuánta energía del láser absorbe el blanco estructurado.

El avance no demuestra por sí mismo una mejora para reactores de fusión ni para aceleradores de partículas. Sí amplía la capacidad de medir fenómenos que son demasiado rápidos y variables como para tratarlos como copias idénticas de un experimento. Los autores plantean que la estrategia puede servir para estudiar inestabilidades y turbulencia en plasmas de alta densidad; todavía deberá comprobarse su desempeño con otros materiales, geometrías y condiciones de laboratorio.

La misma idea instrumental podría ser útil cuando las muestras cambian con cada exposición y no pueden medirse muchas veces en condiciones equivalentes. Por ahora, la evidencia corresponde a una demostración controlada con una microestructura de silicio y a las escalas de tiempo y tamaño examinadas en ese montaje.