Científicos del Departamento de Física de la Universidad Estatal de
Moscú (MGU) en cooperación con algunos colegas extranjeros han
descubierto que los espejismos se pueden dar también a nivel de rayos X,
de forma imperceptible para la vista.
Los espejismos
ópticos son conocidos como un fenómeno bello y misterioso engendrado en la
atmósfera de la Tierra. Todos conocemos los ejemplos de los espejismos en el
desierto, cuando el viajero exhausto ve sobre la tierra algo parecido a agua.
En ocasiones también se pueden observar charcos falsos sobre el asfalto
candente.
La causa
principal de la aparición de espejismos es la gran heterogeneidad presente en
el aire debido a la diferencia de calentamiento en sus capas. La propagación de
los rayos en semejante entorno forma unas líneas nada rectas (los índices de
refracción de las diferentes capas de aire son muy distintos) y, como
resultado, el observador ve, en lugar de un objeto distante (o además de este),
un objeto imaginario: una representación de un objeto real, pero relativamente
desplazado del original.
Según se ha
descubierto, los espejismos no solo pueden contemplarse en el rango óptico,
sino también en el de los rayos X.
Los primeros en
lograrlo han sido un grupo de científicos internacionales entre los cuales hay
varios investigadores de la MGU. Esta publicación apareció en junio en la
revista Nature Communications.
Estos
científicos observaron por primera vez un espejismo en el espectro de rayos X
cuando estudiaban las propiedades del láser de este tipo de rayos.
Todos estamos
familiarizados con los láseres ópticos (por ejemplo, un puntero láser o los
espectáculos de shows de luces y música). Pero el aumento de la radiación (y el
láser no es más que un generador cuántico, de ahí que la palabra LASER sea el
acrónimo de light amplification bystimulated emission of radiation, es
decir, 'amplificación de luz por emisión estimulada'.
La idea de los
láser de rayos X existe desde hace muchos años y la sugerió por primera vez en
1973 el entonces rector de la MGU, Rem Jojlov, del departamento de Física
General y Procesos de Ondas de la Facultad de Física. En 1981, los
estadounidenses plantearon la posibilidad de crear láseres de rayos X de bombeo
nuclear y, sobre esta base, desarrollaron su famoso programa espacial de La Guerra de las Galaxias.
Ahora, los
láseres de rayos X no se utilizan en la guerra, sino en la ciencia, y la
tradición establecida hace 40 años en el Departamento de Física de la MGU
pervive.
Los físicos
rusos que han encontrado un espejismo en el rango de rayos X, han buscado los
fundamentos físicos del fenómeno, como resultado de lo cual no solo han logrado
determinar las condiciones necesarias para la formación de espejismos en un
láser de rayos X, sino también desarrollar por primera vez una teoría de su
origen.
"Hemos
elaborado una teoría general del espejismo y, por lo que tenemos entendido, tal
teoría no existía en la óptica, sino que solo había una explicación cualitativa",
declara uno de los autores del artículo, el profesor asociado del Departamento
de Física General y Procesos de Ondas de la Facultad de Física de la MGU
Serguéi Magnitski.
Durante su
investigación con láser de rayos X, los investigadores observaron la
alternancia de tonos claros y oscuros. El fenómeno era inusual, pues en el
láser, el generador de radiación es, en general, solo uno. "El origen de
estos anillos resultaba muy extraño y aparentemente inexplicable", dice
Magnitski. Pronto, sin embargo, lograron entender este fenómeno y explicar su
naturaleza, incluidas las matemáticas.
Para describir
el fenómeno observado, los científicos han desarrollado un algoritmo universal:
han sacado la ecuación con la cual se puede describir matemáticamente no solo
un espejismo de rayos X, sino de cualquier tipo.
Para calcular la
distribución de los rayos X en el plasma, los científicos de la MGU han
inventado un enfoque especial que tiene en cuenta sus parámetros
hidrodinámicos. Han demostrado que en el plasma se genera una segunda fuente de
radiación imaginaria, que está rígidamente conectada por la fase al generador,
en otras palabras, que es coherente con él. La interacción de la radiación de
estas fuentes conduce a la formación de un patrón de interferencia, es decir,
de un espejismo, pero con un nuevo rasgo distintivo: la coherencia.
Según Serguéi
Magnitski, los resultados obtenidos pueden seguir desarrollándose en dos
direcciones prácticas interesantes. En primer lugar, los hologramas de rayos X.
Además, las imágenes de los objetos se pueden obtener con una resolución muy
alta, del orden de 10 nm. "En esto ya estamos trabajando
activamente", dice.
En segundo
lugar, el llamado cloaking: unas
coberturas especiales para hacer objetos invisibles. "En la óptica aquí se
han logrado ciertos éxitos, dice Magnitski. Ahora, imaginen que en la banda
óptica está todo listo: se ha logrado volver algunas cosas invisibles".
"Pero si se
utiliza una fuente de radiación de rayos X, todos se vuelven visibles
inmediatamente.
Nuestros resultados abren la posibilidad de, al menos, empezar
a pensar en descubrimientos que permitan lograr la invisibilidad también en
rayos X". "Pero el cloaking
en rayos X es una perspectiva a muy largo plazo", añade el científico.
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