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(Noticias de Nanowerk) Un equipo de científicos de DESY logró por primera vez medir el llamado ruido de fase con 500 veces más precisión de lo que era técnicamente posible anteriormente en este rango de frecuencia (Transacciones IEEE sobre instrumentación y medición, «Medidas de ruido de fase para aplicaciones de banda L con resolución de attosegundos»). Esto permitirá avances futuros en medicina, telecomunicaciones y tecnología de aceleradores.
El diseño del prototipo, cuya precisión ha llegado a un límite físico, podría servir de base para el desarrollo de mejores dispositivos de medición.
El mundo de hoy es impensable sin la tecnología de alta frecuencia: ya sea haciendo llamadas en un teléfono móvil, navegando en un automóvil, escaneando los alrededores con un radar en un avión o en un barco, o usando una computadora todos los días: en todas partes, vibraciones de alta frecuencia con los cortos Las longitudes de onda aseguran que la información se transmita y procese de un lugar a otro. Y la densidad de la información transmitida sigue creciendo.
Con el aumento de la densidad de la información, también aumenta un problema inherente: el sistema reacciona de manera más y más sensible a las interferencias, lo que significa que la transmisión se vuelve cada vez más susceptible a las interferencias. Si la interrupción es demasiado grande, el flujo de información puede volverse poco confiable o colapsar por completo. La mayor fuente de interferencia en la tecnología de alta frecuencia es el ruido, por ejemplo, las «impurezas» en las vibraciones de los componentes electrónicos.
Las oscilaciones de alta frecuencia en los aceleradores de partículas, como los impulsados por el láser de rayos X europeo XFEL, también deben contener el menor ruido posible. El objetivo es hacer que la aceleración de las partículas en el láser de rayos X sea lo más eficiente y reproducible posible.
Un equipo del grupo DESY Accelerator Beam Controls (MSK) ha logrado construir un prototipo de detector en el laboratorio que puede medir el campo electromagnético de las cavidades superconductoras de tipo TESLA con una resolución de tiempo nunca antes alcanzada de 10 attosegundos (10 attosegundos = 0,000 000 000 000 000 01 segundos) y, por lo tanto, mide el ruido en la frecuencia fundamental más de 500 veces con más precisión que antes.
«La resolución de estos ‘detectores de ruido’, junto con muchos otros subsistemas, determina la precisión temporal de todo el acelerador y, en última instancia, la precisión alcanzable de los experimentos realizados en estas instalaciones», explica Frank Ludwig del grupo MSK. “Los primeros láseres de electrones libres en DESY (instalación TTF) alrededor del año 2000 tenían una resolución en el rango de 100 femtosegundos en la fase inicial. En los siguientes diez años, se lograron resoluciones y estabilidad en el rango inferior de 10 femtosegundos en las máquinas FLASH y XFEL europeas”.
El equipo de MSK utilizó por primera vez la tecnología de interferómetro de supresión de portadora para aplicaciones de acelerador: con este método, se suprime la señal fundamental real de la oscilación, lo que aumenta la precisión con la que se pueden medir sus fluctuaciones. La ingeniera de alta frecuencia Louise Springer, quien desarrolló el detector como parte de su doctorado, dice: «Es realmente inusual trabajar sin la oscilación de alta frecuencia real que uno caracteriza, porque todos los dispositivos convencionales de la tecnología de comunicación moderna no pueden prescindir de este portador. señal. Pero el método tiene el potencial de mejorar la resolución de tiempo de los aceleradores a muy por debajo de un femtosegundo en el futuro”.
«Todavía hay que superar una serie de desafíos antes de que el prototipo de laboratorio pueda integrarse en la compleja estructura de los aceleradores», añade Holger Schlarb, jefe del grupo MSK. Las primeras mediciones de este tipo están previstas en el banco de pruebas del módulo criogénico (CMTB) del acelerador de pruebas. «Pero los analizadores de ruido de fase mejorados para medir componentes de alta frecuencia son un objetivo muy específico como tecnología clave, entre otras cosas para la densidad de información cada vez mayor en la transmisión de datos. Permitirán mejoras decisivas en componentes de alta frecuencia activos y pasivos para el mercado comercial, así como para futuros aceleradores», dice Schlarb.
«Este sorprendente éxito en la mejora de nuestras técnicas de aceleración conduce a innovaciones que pueden influir en muchas otras tecnologías», dice Wim Leemans, Director de la División de Aceleradores.
El grupo planea seguir desarrollando su detector de campo junto con un socio industrial para mejorar estos componentes electrónicos, que se utilizan no solo en la ciencia sino también en la industria, las telecomunicaciones, el radar y la investigación espacial.
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