El láser ZEUS emite un pulso cien veces más potente que todo el consumo energético de la Tierra

Un equipo de físicos de la Universidad de Míchigan ha logrado resultados fenomenales en su trabajo: el complejo ZEUS que desarrollaron genera un pulso de luz cuya potencia supera en cien veces el consumo energético total del planeta. En un lapso insignificante de 25 quintillonésimas de segundo, el sistema emite dos petavatios de energía, estableciendo un nuevo récord entre desarrollos similares en Estados Unidos.

La tecnología, que ocupa un espacio comparable al de un gimnasio escolar, funciona en el Centro de Ciencia Óptica Ultrafast Gérard Mourou. Para protegerse contra la radiación, la instalación está rodeada por gruesas paredes de hormigón de 60 centímetros. ZEUS reemplazó al anterior sistema HERCULES, cuyo rendimiento máximo no superaba los 300 teravatios.
La base del desarrollo es un cristal especial creado a partir de titanio y zafiro —es a través de él que pasa el flujo de luz, acumulando una energía colosal. Los ingenieros diseñaron una configuración innovadora con una cámara de gas ampliada, llena de helio. Cuando el pulso ultrapotente colisiona con el medio gaseoso, se forma plasma —un estado de la materia en el que electrones libres se mezclan con iones. Las partículas se aceleran a velocidades increíbles, desplazándose a lo largo de la estela del haz de luz. Este fenómeno también se conoce como aceleración en campo de estela.

Superar la barrera de los dos petavatios abre el camino a un experimento clave que se planea realizar antes de que finalice el año. Los electrones acelerados serán dirigidos directamente contra el pulso de luz. Si todo sale bien, la energía del haz debería alcanzar los tres petavatios, lo que equivale a una escala de zettavatios (de ahí el nombre del proyecto: ZEUS — Zettawatt Equivalent Ultrashort laser pulse System).
La instalación, en la que la Fundación Nacional de Ciencias de EE. UU. invirtió 16 millones de dólares, funciona como una plataforma científica nacional, proporcionando acceso a grupos de investigación de todo el país. Los primeros experimentos están a cargo del equipo del profesor Franklin Dollar de la Universidad de California. Los científicos aspiran a lograr resultados revolucionarios: obtener haces de partículas cuya potencia sea comparable a la de los radiadores de gigantescos aceleradores cuya longitud se mide en cientos de metros. Según los cálculos de los especialistas, los parámetros energéticos superarán las capacidades actuales de ZEUS entre cinco y diez veces.

La historia del proyecto comenzó con un experimento muy importante: durante su trabajo de tesis doctoral, Franklin Dollar utilizó un prototipo de la instalación —el láser HERCULES— para obtener imágenes de rayos X de una libélula. Esta experiencia demostró claramente las posibilidades únicas de los impulsos de rayos X ultracortos similares a láser para la visualización de tejidos blandos. El método permite obtener imágenes detalladas con una carga de radiación mínima sobre el objeto examinado.

El ámbito de aplicación de ZEUS abarca desde la medicina fundamental hasta la ciencia de materiales, desde la investigación astrofísica hasta la física del plasma, desde la mecánica cuántica hasta cuestiones de seguridad nacional. Por ejemplo, los pulsos láser de altísima potencia ayudan a estudiar el comportamiento de materiales en condiciones extremas: cómo se destruyen bajo radiación intensa, cómo cambian sus propiedades bajo temperaturas y presiones extremadamente altas. Este conocimiento es crucial para crear recubrimientos protectores para naves espaciales.

Incluso funcionando a una potencia reducida de un petavatio, ZEUS ya ha atraído la atención de la comunidad científica: decenas de grupos de investigación de diferentes países han visitado la instalación. Sin embargo, en los próximos años, el complejo estadounidense tendrá competencia: el proyecto británico Vulcan 20-20. Sus creadores afirman que su máquina tendrá características sin precedentes: cuando esté operativa, la intensidad de su haz de luz superará la del Sol más brillante en un cuatrillón de cuatrillones de veces.