Un gemelo digital enseña al láser a ver exprés
El láser golpea una diminuta rejilla de vidrio y los electrones, al atravesarla, se aceleran. Es imposible ver el interior, así que lo que ocurre se deduce de la energía de los electrones tras la aceleración, igual que por las salpicaduras de una piedra se deduce su forma.
Los científicos construyeron un gemelo digital: un modelo informático que reproduce el comportamiento del acelerador real. A través de él pasaron miles de variantes de pulsos láser y obtuvieron miles de espectros de energía. Luego, la red neuronal aprendió el proceso inverso: a partir del espectro, determinar cómo era el pulso.
Ahora, una sola imagen de la energía de los electrones permite conocer la inclinación del frente del pulso láser con precisión de un grado, y el desplazamiento de fase, hasta 0.36 radianes (esto es una diferencia de 0.4 femtosegundos en el tiempo de llegada). La red neuronal lo resuelve en milisegundos, logrando procesar 50 pulsos por segundo. Así, el acelerador se convierte en su propio sensor, que ve lo que está oculto a las mediciones directas.
El pulso láser puede compararse con una ola que recorre un estadio: los espectadores se levantan y se sientan transmitiendo la ola. La inclinación del frente es como si la ola no avanzara recta, sino en diagonal. La fase es el momento en que el electrón encuentra la cresta de la ola. Ambos parámetros son críticos para la aceleración, y ahora pueden controlarse en tiempo real.
Los aceleradores láser dieléctricos prometen ser miles de veces más compactos que los tradicionales: en lugar de túneles de kilómetros, un chip del tamaño de la palma de la mano. Pero por ahora solo aceleran electrones hasta una fracción de la energía de las grandes máquinas.
En la serie «The Expanse», las naves se aceleran con enormes impulsores, pero el futuro podría estar en diminutos chips que controlan la luz con la misma precisión que la red neuronal de este trabajo.