EXOTISMO CONTEMPORÁNEO por el Prof. Dr. D. Alberto Requena Rodríguez, académico de número

Las características de la radiación que denominamos LASER, derivan en su mayor parte del proceso subyacente: la emisión estimulada de radiación y, en parte, del dispositivo en el que se hace realidad eficaz su existencia. Igual frecuencia y fase de la radiación son rasgos fundamentales del proceso y linealidad y brillo, en gran medida se mantienen y realzan con el dispositivo que se construye.

El proceso de la emisión estimulada no está restringido a ninguna región específica del espectro electromagnético. De hecho, se generó originalmente en la región de microondas, MASER era el acróstico apropiado, indicando la letra M que era la región de microondas donde se produjo inicialmente. Se construyó en 1954 materializando el enunciado de Einstein en 1916, sobre la emisión estimulada, a instancias de la propuesta en 1953 de Townes en la Universidad de Columbia y simultánea y de forma independiente de Básov y Prójorov en la entonces Unión Soviética.

No solo hay dispositivos de emisión estimulada de radiación artificialmente producidos, sino que en las nubes de materia interestelar, la excitación derivada de la incidencia de la radiación procedente de las estrellas cercanas da lugar a un haz de radiación intenso producido por emisión estimulada con una frecuencia muy definida, lo que se denomina emisión superradiante, que caracteriza a los máseres astrofísicos. En el caso de ser muy potentes se denominan megamáseres con potencias millones de veces superiores a las de los máseres estelares.

Si en un sentido del espectro electromagnético se generó el Laser a frecuencias superiores, las correspondientes a la radiación visible, en el otro sentido, radioondas, también se extendió. Townes llegó a proponer sustituir la M del acróstico, que refería microondas, a Molecular. Con el tiempo, se han construido máseres de cualquier frecuencia del espectro electromagnético. Las regiones infrarroja y Ultravioleta han sido de especial y prolífica producción de láseres que han impulsado que el termino LASER sea genérico y no se concrete solamente a la región visible del espectro electromagnético.

Un haz de radiación coherente en la región espectral de rayos gamma, proporcionará la radiación más energética existente. Ha habido limitaciones tecnológicas que se intentan superar en el proyecto europeo GAMMALAS (Towards gamma-ray lasers via super-radiance in a Bose-Einstein condensate of 135mCs isomers). Es un proceso frío para emitir rayos gamma, basado en el enfriamiento láser y la captura magnetoóptica de núcleos de Cesio. La idea subyacente es generar un condensado de Bose-Einstein de isómeros de Cesio una vez que se ha enfriado a unos 100 nanoKelvin. Los átomos con núcleos excitados exhiben propiedades cuánticas a esta temperatura, con especial indicación de la coherencia espacial. Esto implica que la emisión de energía es simultánea, potente y estable. Hay que superar varios retos para ello, como la acumulación de núcleos isoméricos, la colimación del haz emitido y superar las restricciones que impone la elevada densidad de potencia de los fotones producidos. Los ensayos no se han hecho esperar tanto en el área de la materia nuclear ultrafría, como en el desarrollo de una espectroscopía de rayos gamma de alta resolución, Subproductos esperables son las aplicaciones médicas con imagen de elevada resolución que tendrá incidencia en la radioterapia estereotáctica, aplicable al tratamiento de tumores cerebrales. La propulsión de naves espaciales ultrarápidas queda al alcance de las tecnologías que previsiblemente se podrán desarrollar.

Una de las aportaciones en esta dirección proviene de la aportación reciente por parte de Allen Mills de la Universidad de California  en Riverside, que ha publicado una serie de cálculos teóricos  mostrando que burbujas esféricas de Helio, rellenas de un gas de átomos de positronio resultan estables en Helio líquido, lo que muestra una pista expedita para lograr el láser de rayos gamma.

El positronio, Ps,  propuesto en 1934 por el croata Mohorovicic, es un átomo exótico, formado por un electrón y su antipartícula el positrón (que propusiera Dirac). La estructura atómica es similar al átomo de hidrógeno, aunque con diferente masa reducida y las frecuencias asociadas a sus líneas resultan ser menos de la mitad que las del hidrógeno. Es un sistema cuasiestable y presenta varias configuraciones y en el estado fundamental puede presenetarse como singlete, el denominado parapositronio, con un tiempo de vida media de 125 picosegundos y en estado triplete, el ortopositronio, con una vida media de 140 nanosegundos, mucho mayor que la del singlete, como corresponde a los estados tripletes. Son posibles las moléculas de hidruro de positronio, que puede formar un cianuro y enlaces con halógenos o litio. Se ha observado la molécula de di-positronio por los autores referidos, en 2007, que hacen observar que es posible combinar millones de átomos de Bose-Einstein que al desintegrarse generen una emisión láser de aniquilación en la región de rayos gamma, lo que multiplica por un millón de veces la energía de los láseres actuales mas potentes.

El positronio es muy complicado de tratar, con una vida muy corta y constituido por una mezcla de materia y antimateria, que sabemos que se destruyen en procesos explosivos, aunque como vemos una alternativa del encuentro materia- antimateria es la generación de positronio. Es imprescindible que el positronio adopte el estado de condensado de Bose-Einstein, que estarán en el mismo estado cuántico, en el que generar la emisión gamma coherente. Mills propone una burbuja de Helio líquido conteniendo un millón de átomos de positronio para que, con una densidad seis veces superior a la del aire, sería posible que este condensado de materia y antimateria existiera como condensado de Bose Einstein.

El Helio, que solamente existe a temperaturas muy bajas en forma líquida repele el positronio y forma burbujas de Helio, mecanismo que alarga la vida útil del positronio como para que haya tiempo para que el proceso de emisión estimulada tenga lugar. Así pues, se trata de una fuente de condensados para producir radiación gamma. El genuino comportamiento cuántico asociado al efecto túnel es esperable cuando el positronio interaccione con una lámina de grafeno, que resulta impermeable para la materia ordinaria y la emisión estimulada que dará lugar a la existencia de un láser de radiación gamma.

Son las expectativas de un material, todavía exótico en el que los perfiles cuánticos se van acentuando y abriendo las cortinas del escenario que profundiza en la Ciencia y la Tecnología de nuestra sociedad contemporánea. Nuevos límites, nuevas perspectivas, la Ciencia apoya el progreso y el desarrollo de la Sociedad en la dirección de nuevas aplicaciones útiles y eficaces.