Un blanco de gas se parece a un embudo: cuanto más inclinadas son sus paredes, más fuerte es el flujo. Solo que en este embudo no fluye agua, sino luz ultravioleta, que nace cuando un potente pulso láser atraviesa una nube de argón. La eficiencia de esta conversión suele ser insignificante, alrededor del 0.001%: de cada mil fotones del láser, solo uno se convierte en ultravioleta útil. Los físicos han buscado durante años una manera de mejorar estas cifras, y ahora resulta que la respuesta está en el mismo borde: en cómo cambia la densidad del gas a la entrada y salida del haz.
El experimento se realizó en el centro láser húngaro ELI ALPS. Los científicos construyeron una celda de gas especial en la que se podía cambiar el diámetro de los orificios y el grosor de las paredes, es decir, la pendiente del cambio de densidad. El láser, con una longitud de onda de 1030 nm y pulsos de 34 femtosegundos, se enfocaba en un punto de 52 micrómetros. Dentro de la celda había argón. El resultado fue inequívoco: cuanto más abrupto es el gradiente, mayor es el flujo. Para el armónico 25 (energía de fotón de 30 eV) a una presión de 90 milibares, la energía del pulso aumentó de 20 a 150 femtojulios al cambiar el parámetro de pendiente de 0.1 a 10. El aumento se observó para todos los armónicos del 21 al 41 y para todas las presiones de 65 a 140 milibares.
La receta práctica es simple: reducir la longitud de transición de 1.5 mm a 0.1 mm. Técnicamente, esto se logra perforando orificios en una lámina delgada con láser. Entonces, la eficiencia podría aumentar casi 10 veces. No es una promesa abstracta: ya hoy se pueden mejorar las fuentes existentes de armónicos altos simplemente cambiando la geometría de los orificios en la celda de gas.
Un embudo con paredes inclinadas funciona mejor. Y ahora que esto está demostrado experimentalmente, no solo teóricamente, los ingenieros pueden afilar esas paredes cada vez más, para que el flujo de fotones ultravioleta sea finalmente lo suficientemente fuerte para aplicaciones prácticas: desde la litografía de semiconductores hasta la nanoscopía de muestras biológicas.
La longitud de transición del gradiente se determinó por analogía con el tiempo de subida de una señal en electrónica: entre los niveles del 10% y el 90%.