CAPÍTULO 10: FÍSICA AL LÍMITE
en esa dirección oscilado con un desfase respecto al campo eléctrico. Sin embargo si el campo es muy intenso el electrón adquirirá cada vez más velocidad
en la dirección de E. Esa velocidad entonces permitirá que el término v B de la
fuerza de Lorentz actúe. De ese término resulta un movimiento en la dirección
de propagación del láser (tanto si la carga es positiva como si es negativa).
Los electrones al tener tan poca masa se aceleran muy rápidamente y se
acoplan de forma muy efectiva con una onda electromagnética en el rango
óptico del espectro. A título ilustrativo podemos mencionar un ejemplo típico
del movimiento de un electrón en un láser intenso. La Fig. 10.9 corresponde a
un pulso láser de titanio:zafiro (800 nm) con una intensidad muy elevada, 2 x
1019 W/cm2, pero perfectamente alcanzable hoy en día en muchos laboratorios
como por ejemplo el CLPU, en Salamanca. Esta figura se ha obtenido mediante
integración numérica de la ecuación anterior. La trayectoria es muy reveladora
de la enorme aceleración que sufren los electrones. Puede parecer que para
acercarse a la velocidad de la luz, el electrón necesitará mucho tiempo de aceleración, pero no es así. Con un láser de esa intensidad el electrón se acelera a
velocidades relativistas9 en tiempos de pocos femtosegundos y en distancias
de pocas micras. Recordemos que 800 nm corresponden a 2,67 fs de período,
aunque en este caso se necesitan algunos femtosegundos más debido al
efecto Doppler que siente el electrón cuando se desplaza hacia delante por
efecto del campo magnético. En pocos femtosegundos el electrón pasa del
reposo a una velocidad cercana al 99 % de la velocidad de la luz. Normalmente
se piensa que acelerar una partícula a velocidades relativistas va a requerir
mucho tiempo. Esto es verdad sólo si se considerasen campos moderados.
No es difícil comprobar que, para láseres en el infrarrojo cercano, los electrones alcanzan velocidades relativistas para intensidades superiores a 1018
W/cm2. Si la longitud de onda fuese mayor, entonces el campo oscilaría más
lentamente y al estar apuntando el vector E en un mismo sentido durante más
tiempo se conseguirían aceleraciones más altas. Por ello hay laboratorios especializados en intentar acelerar con láseres del infrarrojo lejano (como el láser de
CO2, a 10 m). Pero longitudes de onda tan largas plantean otros problemas
técnicos ya que la difracción es más relevante. Por el otro lado del espectro, si
empleásemos láseres ultravioleta el campo oscilaría en una fracción de femtosegundo y no tendría tiempo de acelerarse convenientemente. El resultado es
que hoy por hoy la mejor opción de compromiso para acelerar son los láseres
del infrarrojo cercano.
Hasta ahora hemos hablado de electrones, si intentamos acelerar protones (misma carga, de signo opuesto, pero con una masa 1.836 veces mayor) el
resultado es que los efectos relativistas —cuando se trate de protones aislados—
aparecerán a intensidades mucho mayores. Para el láser de titanio:zafiro los
efectos relativistas de protones aislados aparecen por encima de los 1022 W/cm2.
L
A
S
O
C A
N
A
M
L A
A
S
L
A
S
O
9
158
C A
N
M A
A
L
S A
Cuando una partícula viaja con una velocidad cercana a la de la luz, surgen nuevos efectos
no contenidos en la Física Clásica, que se explican mediante la Teoría de La Relatividad.