Los campos electromagnéticos extremos se crean cuando los electrones dentro de los materiales vibran y rebotan a alta velocidad, y Aakash Sahai, profesor asistente de ingeniería eléctrica en la Universidad de Colorado Denver, recientemente encontró una manera de hacerlo suceder dentro del laboratorio por primera vez.
Su inspiración deriva de una necesidad desesperada de herramientas innovadoras para llevar el curso científico científico científico mucho más allá de lo posible con las tecnologías actuales. «Las técnicas existentes requieren la construcción de grandes estructuras, tensiones de millas de aceleradores, que son menos de miles de millones de dólares a pesar de estar confinados al alcance de pequeñas comunidades científicas», dice Sahai. «Esto amenaza con limitar seriamente la generación futura de exploraciones científicas».
La creación de campos lo suficientemente fuertes para experimentos avanzados generalmente requiere estructuras enormes y costosas como el gran colider de hadrones en el CERN. La innovación de Sahai posiblemente podría permitir la reducción de un gran colider a un chip, lo cual es sorprendente, y permitir a los científicos explorar la física, la química y la medicina de una manera completamente nueva.
Un poco de fondo
Hay tres conceptos clave involucrados en el trabajo de Sahai: materiales, gas cuántico y láser.
Aquí está la conclusión clave de los materiales: después de muchas décadas de datos de observación en la ciencia del acelerador en la que los materiales se consideran un golpe o dispensable, «nuestros materiales pueden resistir las interacciones con vigas de partículas de alta intensidad debido al transporte de calor no convencional debido a los efectos cuánticos», dice Sahai.
Quantico: El gas de electrones de gestión presente en todos los medios conductores «es un gas cuántico porque todos los electrones ocupan cantidades discretas», explica Sahai. «Nuestro trabajo es el primero en conceptualizar y analizar las excitaciones no perturbativas de este gas cuántico, que se denominan plasmones extremos».
Láser: los campos de enfoque electromagnético de plasmones extremos excitados dentro de los materiales cuánticos por un rayo de partículas «pueden oscilar la cola del rayo en estas longitudes de onda cortas que las partículas de rayos oscilantes emiten rayos gamma, que pueden ser consistentes», agrega Sahai. «Esto es en cierto sentido similar a un láser de electrones X -Ray (FEL) como el ubicado en la fuente de luz coherente de Linac (LCLS)».
Oscilación de gas de electrones cuánticos en ultradense
Cuando los electrones quantic de Ultradense inherentes a los materiales conductores estructurados no son inquietantes, los electrones, piensan que mil millones de microcubos, del gas que comprriman considerablemente en volúmenes extremadamente pequeños.
«Esto se traduce en una gran densidad de energía electromagnética que se mide como un campo eléctrico», dice Sahai. «En términos de física clásica, la simple aplicación de la ley de Gauss nos dice que una gran densidad de carga se traduce en un campo eléctrico correspondiente».
El material de Sahai gestiona el flujo de calor generado por la oscilación y mantiene la muestra intacta y estable, gracias a un fenómeno emergente en la base de los plasmones extremos indicados como transporte balístico relativista: permite la disipación del calor sin colisión y conserva la estructura del material. Esta es la razón por la cual el material tiene el potencial de reducir enorme día para colisionar como el CERN en un chip.
Al manipular los flujos de alta energía «mientras preserva la estructura subyacente del material es el punto de inflexión», dice Kalyan Tirramalasetty, un estudiante graduado que trabaja con Sahai.
Física fundamental a la vista
Se pueden utilizar campos electromagnéticos extremos para construir máquinas necesarias para la física fundamental. Sahai afirma que actualmente hay tres objetivos decadinales: desarrollar una nueva tecnología de acelerador de partículas basada en plasmones extremos para sondear desconocidos, como la materia oscura y la energía oscura, demuestra nanobunch o nanomodulación del haz de electrones ultraelance para ir debido a saludos electrónicos.
En el futuro, aumentar el campo accesible permitirá las pruebas iniciales de las predicciones teóricas de las cadenas.
¿Un aspecto más sorprendente de este trabajo? «Varios aceleradores bien consolidados de talleres famosos y universidades de todo el mundo han considerado firmemente que esta herramienta cuántica es simplemente un ejercicio teórico», dice Sahai. «Cuando vimos firmas preliminares por primera vez que indican la veracidad de nuestros pronósticos teóricos, el sentimiento que nos dio estaba realmente bien y realmente más allá de las palabras».
Los investigadores aún enfrentan numerosos desafíos porque «los campeones materiales actuales en nuestros experimentos de creación de prototipos son como los primeros transistores hechos de Bell Labs o First Chips hechos en los instrumentos de Texas», subraya Sahai. «En lugar de usar elementos estándar que no permitan un control preciso sobre los parámetros, en los materiales diseñados para medir, tanto en las estructuras como en las propiedades microscópicas, nos permite crear todo el potencial».
Actualmente están buscando fondos para mejorar su construcción de chips plasmónicos y su ajuste.
«Nuestros esfuerzos de creación de prototipos en progreso, como parte del experimento E339 en el Laboratorio Nacional de SLAC, tienen como objetivo encontrar los detalles exactos de los datos experimentales obtenidos hasta ahora para aumentar los parámetros accesibles, sino también comprender más profundamente la física a continuación, que no se ha explorado antes», dice Sahai. «Esperamos que, con este trabajo financiado, pueda construir materiales cuánticos de alta calidad para extraer detalles exquisitos y cambiar el tamaño de las leyes en beneficio de las generaciones futuras y revolucionar la exploración científica de la exploración inminente».
Más lecturas
Aa sahai, Adv. Technol Quantum. (19 de mayo de 2025); https://doi.org/10.1002/quute.202500037.
