Abriendo el futuro con láseres de rayos gamma

¿Podría haber más universos allá fuera, idénticos o diferentes al nuestro? Bueno, aún no lo sabemos.  

Aunque es un concepto destacado en el MCU, la teoría del multiverso de Stephen Hawking, que es un conjunto hipotético de todos los universos con su propio espacio, tiempo, materia, energía y leyes físicas, sigue sin probarse, existiendo solo en el ámbito de las películas y la física teórica.

Lo que necesitamos demostrar es la existencia de un dispositivo cuántico. Simplemente es un sistema que utiliza efectos mecánicos cuánticos para operar, basándose en el control y la manipulación de interacciones cuánticas para lograr funcionalidades imposibles en sistemas clásicos.

En física, un quantum, la forma singular de cuanta, es la cantidad mínima de cualquier entidad física. Por ejemplo, el quantum de luz es un fotón.

Ahora, para descubrir los misterios del universo, necesitaremos un dispositivo cuántico particular: un láser de rayos gamma.

Este dispositivo hipotético podría producir rayos gamma coherentes, de manera similar a cómo un láser ordinario produce rayos coherentes de luz visible. Un rayo gamma (símbolo γ) es una forma penetrante de radiación electromagnética que surge de interacciones de alta energía como la desintegración radiactiva de núcleos atómicos. También se origina en eventos astronómicos como las erupciones solares. 

Los rayos gamma constan de las ondas electromagnéticas de longitud de onda más corta, más cortas que los rayos X. Poseen frecuencias superiores a 30 exahercios y longitudes de onda menores a 10 picómetros. Los fotones de rayos gamma también tienen la mayor energía fotónica de cualquier forma de radiación electromagnética.

Hace un par de años, científicos detectaron los rayos gamma de mayor energía jamás observados, 20 tera-electrónvolts, lo que equivale a aproximadamente diez billones de veces la energía de la luz visible, provenientes de una estrella muerta llamada púlsar. 

A finales del año pasado, mientras tanto, astrofísicos capturaron imágenes de erupciones de rayos gamma del agujero negro supermasivo M87.

Fuente de la imagen: University of California

A principios de este año, se observó una detección multisentido de un intenso destello de rayos gamma que se produjo al colisionar dos líderes de relámpago¹. Fue la primera vez que un destello gamma terrestre (TGF) se observó sincronizado con la descarga del rayo.

Observados en varios fenómenos cósmicos, los rayos gamma también están siendo estudiados activamente y creados mediante experimentos específicos.

Experimentos con láseres de rayos gamma y estudios de viabilidad

Los rayos gamma son una forma de radiación electromagnética de alta energía que es altamente penetrante y ofrece varias ventajas en diversos campos. 

Sus aplicaciones potenciales incluyen imágenes médicas, propulsión de naves espaciales, tratamiento del cáncer, y viajes interestelares. Dadas sus vastas posibilidades, científicos de todo el mundo están investigando la creación de un láser de rayos gamma, o graser, para producir rayos gamma coherentes. 

Científicos de la Universidad de Rochester recibieron financiación federal para ello, por lo que están estudiando la viabilidad de fuentes de luz coherentes.

A finales de los años 80, Gérard Mourou y Donna Strickland en la Universidad de Rochester inventaron la amplificación de pulsos chirpados (CPA), una técnica que aumenta la potencia pico de los láseres y que más tarde ganó el Premio Nobel de Física 2018. Sin embargo, desarrollar láseres que produzcan rayos gamma aún no se ha logrado. Para abordar esto, están investigando las propiedades de coherencia de la radiación emitida cuando densos paquetes de electrones colisionan con un campo láser fuerte, lo que les ayudará a comprender cómo producir rayos gamma coherentes.

“La capacidad de generar rayos gamma coherentes sería una revolución científica en la creación de nuevos tipos de fuentes de luz, similar a cómo el descubrimiento y desarrollo de fuentes de luz visible y de rayos X cambiaron nuestra comprensión fundamental del mundo atómico.”

– El investigador principal, Antonino Di Piazza & profesor de física en la universidad

Para estudiar cómo los electrones interactúan con los láseres para emitir luz de alta energía, los investigadores comenzarán analizando cómo uno o dos electrones emiten luz antes de investigar situaciones más complicadas con muchos electrones para producir rayos gamma coherentes. 

“No somos los primeros científicos que han intentado crear rayos gamma de esta manera,” dijo Di Piazza en ese momento. “Pero lo estamos haciendo usando una teoría totalmente cuántica—electrodinámica cuántica—que es un enfoque avanzado para abordar este problema.”

Otro enfoque para desarrollar láseres de rayos gamma incluye la excitación de isómeros nucleares. 

Un artículo de investigación² de hace un par de meses describió el método para excitar núcleos de ciertos isótopos a un estado nuclear de mayor energía. Mediante bombardeo de neutrones, los núcleos isoméricos se excitan a estados isoméricos metaestables antes de desencadenar la emisión estimulada de rayos gamma para lograr coherencia desde el núcleo.

Su nuevo y “algo poco convencional” método busca resolver el ‘dilema del Graser’ desplazando la red cristalina durante el bombardeo de neutrones. 

“La tecnología tiene el potencial de crear láseres extremadamente poderosos que pueden ser utilizados en varias aplicaciones, incluidas armas láser,” señaló Yordan Katsarov del Departamento de Equipamiento y Tecnologías de Aviación, que forma parte de la Academia de la Fuerza Aérea Búlgara Georgi Benkovski.

Ahora, científicos de la Universidad de Colorado Denver han creado un chip que podría, algún día, desbloquear los láseres de rayos gamma.

Este dispositivo cuántico revolucionario, lo suficientemente pequeño para caber en la mano, puede generar campos electromagnéticos extremos que antes solo eran posibles en colisionadores de partículas masivos. El chip del tamaño de un pulgar tiene el potencial de reemplazar colisionadores de partículas de varios kilómetros en un futuro no muy lejano y ayudarnos a desentrañar los profundos misterios de nuestro universo, probar teorías del multiverso y crear poderosos láseres de rayos gamma para destruir células cancerosas a nivel atómico y habilitar otros tratamientos médicos revolucionarios.

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Un chip diminuto acerca los sueños de láser gamma al alcance

Publicado en Advanced Quantum Technologies, una revista que cubre investigación teórica y experimental en ciencia cuántica, materiales y tecnologías, el estudio más reciente³ apareció en la portada del número de junio.

Como señaló el estudio, el confinamiento nanométrico de energía electromagnética es posible mediante plasmons.

Un plasmon es un quantum de oscilación de plasma, que es una oscilación rápida de la densidad electrónica en plasmas o metales. Estas cuasipartículas se forman por oscilaciones colectivas del gas de electrones de la banda de conducción.

Y “los plasmons extremos desatan posibilidades sin precedentes, incluido el acceso a campos de petavoltios por metro (PV/m), que son intensidades de campo eléctrico extremadamente altas, que, según el estudio, “abren nuevas posibilidades amplias, incluidas aquellas en física de partículas y ciencias de fotones mediante el confinamiento nanométrico de energía electromagnética a gran escala”.

Así, los investigadores han desarrollado un modelo analítico de esta clase de plasmons basado en un marco cinético cuántico.

Este último avance se realizó en la Universidad de Colorado Denver con el objetivo de revolucionar nuestra comprensión de la física y la química.

“Es muy emocionante porque esta tecnología abrirá campos de estudio completamente nuevos y tendrá un impacto directo en el mundo.”

– Aakash Sahai, profesor asistente de Ingeniería Eléctrica en CU Denver

Sahai, junto con Kalyan Tirumalasetty, un estudiante de su laboratorio que trabaja con él en la tecnología, se está acercando a proporcionar a la comunidad científica una nueva herramienta que les ayude a convertir la ciencia ficción en realidad.

“En el pasado, hemos tenido avances tecnológicos que nos impulsaron hacia adelante, como la estructura subatómica que condujo a los láseres, los chips de computadora y los LEDs. Esta innovación, que también se basa en la ciencia de materiales, sigue la misma línea,” añadió Sahai, quien posee un doctorado en física de plasma de la Universidad de Duke y una maestría en ingeniería eléctrica de la Universidad de Stanford.

Lo que se ha logrado en este estudio es una forma de crear campos electromagnéticos extremos en el laboratorio que antes era imposible.

Estos campos electromagnéticos alimentan todo, desde nuestros chips de computadora hasta los supercolisionadores de partículas, que aceleran y colisionan partículas subatómicas a energías extremadamente altas para obtener información sobre la naturaleza de la materia, la energía y el universo temprano. 

Es cuando los electrones en un material vibran y rebotan a velocidades extremadamente altas que se crean estos campos electromagnéticos.

Sin embargo, crear campos lo suficientemente fuertes para realizar experimentos avanzados requiere instalaciones enormes y costosas.

Por ejemplo, los científicos que investigan la materia oscura utilizan máquinas como el Gran Colisionador de Hadrones (LHC) en la Organización Europea para la Investigación Nuclear, CERN, que es el laboratorio de física de partículas más grande del mundo, ubicado en Suiza. El LHC es el acelerador de partículas más potente del mundo, con un anillo de 16,7 millas (27 kilómetros) de imanes superconductores y varias estructuras de aceleración para impulsar la energía de las partículas a lo largo del camino.

Realizar experimentos a esa escala requiere recursos masivos. No solo es muy costoso, sino que también puede ser altamente volátil.

Para superar este problema, el laboratorio de Sahai construyó un material tipo chip basado en silicio (Si), del tamaño de un pulgar.

El silicio es un semiconductor cuyas propiedades (conductividad eléctrica) pueden alterarse añadiendo impurezas (dopado) y se utiliza para fabricar microchips presentes en dispositivos cotidianos como teléfonos móviles, así como en automóviles autónomos.

El novedoso material tipo chip puede manejar haces de partículas de alta energía y controlar el flujo de energía. También permite a científicos e investigadores acceder a campos electromagnéticos que son producidos por las vibraciones u oscilaciones del gas cuántico de electrones. Y todo esto se logra en un espacio diminuto.

El movimiento rápido (oscilaciones) crea los campos electromagnéticos, mientras que la técnica de Sahai permite que el material gestione el flujo de calor generado por la vibración y ayuda a mantener la muestra estable e intacta.

“Manipular un flujo de energía tan alto mientras se preserva la estructura subyacente del material es el avance. Este avance tecnológico puede generar un cambio real en el mundo. Se trata de comprender cómo funciona la naturaleza y usar ese conocimiento para tener un impacto positivo en el mundo.”

– Tirumalasetty

Su tecnología puede, potencialmente, reducir los colisionadores largos a un chip y permitir a los científicos observar la actividad como nunca antes.

La universidad ya ha solicitado y obtenido patentes provisionales sobre la tecnología, tanto en EE. UU. como internacionalmente.

Sin embargo, las aplicaciones prácticas y del mundo real de la tecnología tardarán años en materializarse. 

De hecho, parte del trabajo fundamental de la tecnología comenzó hace siete años, en 2018, cuando Sahai publicó su investigación sobre aceleradores de antimateria. Él dijo:

“Tomará un tiempo, pero dentro de mi vida, es muy probable.”

Dicho esto, tiene un gran potencial para ayudarnos a comprender mejor cómo funciona el universo a escala fundamental y, por lo tanto, mejorar vidas. Como señaló Sahai, esto también podría convertir los láseres de rayos gamma en una realidad.

“Podríamos obtener imágenes de tejido no solo hasta el núcleo de las células, sino hasta el núcleo de los átomos subyacentes. Eso significa que científicos y médicos podrían ver lo que ocurre a nivel nuclear, y eso podría acelerar nuestra comprensión de las inmensas fuerzas que dominan a esas escalas diminutas, al mismo tiempo que conduce a mejores tratamientos médicos y curas,” explicó. “Eventualmente, podríamos desarrollar láseres de rayos gamma para modificar el núcleo y eliminar células cancerosas a nivel nano.”

La técnica de “plasmons extremos”, que también es el título del estudio, también puede ayudarnos a probar la posibilidad de un multiverso.

El trabajo con el diminuto chip no ha terminado, sin embargo. Tanto Sahai como Tirumalasetty ahora se centrarán en refinar el material del chip de silicio y la técnica láser en el Laboratorio Nacional de Aceleradores SLAC, una instalación de clase mundial operada por la Universidad de Stanford y financiada por el Departamento de Energía de EE. UU. (DOE), donde se probó la tecnología.

Simulando el vacío cuántico con láseres ultra-potentes

Así que, como hemos visto, desde el cosmos hasta el laboratorio, nuestra comprensión de la luz más extrema del universo está evolucionando rápidamente. 

Hemos capturado estallidos de rayos gamma de púlsares distantes, presenciado erupciones de agujeros negros supermasivos en gloria de alta energía, e incluso registrado colisiones tipo relámpago que producen destellos gamma terrestres. Ahora, estamos aprendiendo a recrear condiciones similares aquí en la Tierra.

Hace un par de meses, físicos de la Universidad de Oxford simularon cómo haces de láser intensos pueden generar luz donde no había, convirtiendo un concepto teórico en realidad.

Lo que los físicos lograron fue crear, por primera vez, simulaciones 3D de cuán intensos haces de láser pueden afectar y cambiar el vacío cuántico.

Publicado en Communications Physics, el estudio⁴ detalla el uso de modelado computacional avanzado para simular cuán poderosos láseres interactúan con el vacío cuántico, revelando en el proceso cómo los fotones rebotan entre sí y producen nuevos haces de luz.

Las simulaciones recrearon la mezcla de cuatro ondas en el vacío (FWM), un fenómeno predicho por la física cuántica que establece que el campo electromagnético combinado de tres pulsos láser enfocados puede polarizar los pares virtuales electrón‑positrón del vacío, produciendo un nuevo haz láser en lo que se llama el proceso ‘luz de la oscuridad’.

“Esto no es solo una curiosidad académica, es un paso importante hacia la confirmación experimental de efectos cuánticos que hasta ahora han sido mayormente teóricos.”

– Coautor del estudio Peter Norreys, profesor en la Universidad de Oxford

Las simulaciones se ejecutaron usando una versión avanzada de un software de simulación (OSIRIS), que modela la interacción de haces láser con plasma o materia.

“Nuestro programa informático nos brinda una ventana 3D con resolución temporal de interacciones del vacío cuántico que antes estaban fuera de alcance. Al aplicar nuestro modelo a un experimento de dispersión de tres haces, pudimos capturar toda la gama de firmas cuánticas, junto con detalles sobre la región de interacción y escalas temporales clave.”

– Zixin (Lily) Zhang, autor principal del estudio y estudiante de doctorado en el Departamento de Física de Oxford

Estos modelos son utilizados por investigadores para diseñar experimentos reales, como la forma de los láseres y los tiempos de pulso. Además, las simulaciones pueden ofrecer nuevas ideas sobre cómo incluso pequeñas asimetrías en la geometría del haz pueden cambiar el resultado y cómo las interacciones progresan en tiempo real.

Además de ayudar a planificar futuros experimentos con láseres de alta energía, el equipo cree que la herramienta también puede ayudar a buscar señales de partículas subatómicas hipotéticas como los axiones, un candidato principal para la materia oscura.

“Una amplia gama de experimentos planificados en las instalaciones de láser más avanzadas será granmente asistida por nuestro nuevo método computacional implementado en OSIRIS,” dijo el coautor del estudio Luis Silva, profesor en el Instituto Superior Técnico, Universidad de Lisboa. “La combinación de láseres ultra‑intensos, detección de última generación, modelado analítico y numérico de vanguardia son los cimientos para una nueva era en interacciones láser‑materia, que abrirá nuevos horizontes para la física fundamental.”

Invertir en tecnología láser

Dado que un láser de rayos gamma aún no se ha materializado, analizaremos el potencial de inversión de una empresa dedicada a la tecnología láser en general.

L3Harris Technologies (LHX ) es un actor importante en fotónica avanzada y sistemas láser de alta energía para defensa y aeroespacial. La compañía produce una variedad de sistemas láser, conocidos por su tamaño compacto y alto rendimiento.

Con una capitalización de mercado de $50.7 mil millones, las acciones de LHX se cotizan actualmente a $272.31, un 29 % más en lo que va del año. A principios de este mes, las acciones de la compañía alcanzaron un nuevo máximo de $280.52, más de un 45 % desde el mínimo de abril. Con eso, su EPS (TTM) es 8.96 y su P/E (TTM) es 30.27.

Los accionistas de LHX pueden disfrutar de un rendimiento de dividendo del 1.77 %.

En cuanto a las finanzas de la compañía, L3Harris Technologies reportó ingresos de $5.4 mil millones y pedidos de $8.3 mil millones para el Q2 2025. El margen operativo fue del 10.5 % y el margen operativo ajustado del segmento del 15.9 %. El EPS diluido, mientras tanto, fue de $2.44, mientras que un aumento del 16 % en el EPS diluido ajustado GAAP lo situó en $2.78.

“Entregamos resultados impresionantes del segundo trimestre, liderados por un récord de book‑to‑bill de 1.5x, sólido crecimiento orgánico y expansión del margen operativo del segmento ajustado año tras año por el séptimo trimestre consecutivo,” dijo el CEO Christopher E. Kubasik. “Esto marca un claro punto de inflexión, con nuestro crecimiento de ingresos más fuerte en seis trimestres y un progreso significativo hacia nuestro Marco Financiero 2026.”

Kubasik también señaló que la defensa está “entrando en un ciclo de inversión generacional, ya que los presupuestos de EE. UU. y sus aliados crecen rápidamente,” y ante esta demanda “acelerada”, el portafolio de la compañía está alineado con áreas clave de crecimiento para lograr “crecimiento rentable sostenido y creación de valor a largo plazo.”

Últimas noticias y desarrollos de acciones de L3Harris Technologies (LHX)

Conclusión

Los científicos e ingenieros están constantemente empujando los límites de la luz y la materia. Estos avances ahora incluso permiten que los láseres de rayos gamma pasen de ser solo una teoría a una tecnología transformadora. Aprovechar esta forma extrema de luz no solo puede ayudar a redefinir la física, sino también a remodelar la medicina, la energía y nuestra comprensión del propio universo.

Haga clic aquí para obtener una lista de las principales compañías de computación cuántica.

Referencias:

1. Wada, Y., Morimoto, T., Wu, T., Wang, D., Kikuchi, H., Nakamura, Y., Yoshikawa, E., Ushio, T., & Tsuchiya, H. Destello gamma terrestre descendente asociado a la colisión de líderes de relámpago. Science Advances, 11(21), eads6906, publicado 21 May 2025. https://doi.org/10.1126/sciadv.ads6906
2. Katsarov, Y. Un nuevo enfoque para desarrollar láser de rayos gamma. Environment. Technology. Resources. Proceedings of the International Scientific and Practical Conference, 4, 467–474, publicado 2025. https://doi.org/10.17770/etr2025vol4.8388
3. Sahai, A. A. Plasmones extremos. Advanced Quantum Technologies, publicado 19 May 2025. https://doi.org/10.1002/qute.202500037
4. Zhang, Z., Aboushelbaya, R., Ouatu, I., et al. Modelado computacional del vacío cuántico semiclasico en 3D. Communications Physics, 8, 224, publicado 5 June 2025. https://doi.org/10.1038/s42005-025-02128-8