El aprendizaje automático optimiza experimentos con el láser de alta potencia

Equipo internacional de investigadores del Laboratorio Nacional Lawrence Livermore, del Fraunhofer ILT y de la ELI - Infraestructura de Luz Extrema en la instalación ELI Beamlines, Praga, República Checa. © ELI ERIC / Equipo internacional de investigadores del Laboratorio Nacional Lawrence Livermore, del Fraunhofer ILT y de la ELI - Infraestructura de Luz Extrema en la instalación ELI Beamlines, Praga, República Checa. © ELI ERIC

Un equipo de científicos y científicas internacionales del Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL), del Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT y de la Infraestructura de Luz Extrema (ELI) ha llevado a cabo conjuntamente un experimento para optimizar láseres de alta potencia con alta repetición mediante aprendizaje automático. Este experimento representa un avance significativo en la investigación, comprensión y aplicación práctica de láseres de alta energía.

»Nuestro objetivo era demostrar un diagnóstico robusto de iones y electrones acelerados por láser desde blancos sólidos a altas intensidades y altas tasas de repetición«, explica Matthew Hill, investigador principal del LLNL. »Mediante la rápida integración de un algoritmo de optimización del campo del aprendizaje automático en el sistema láser, fue posible maximizar la producción de la radiación de iones generada.«

Al combinar tecnología láser de vanguardia con aprendizaje automático, estas actividades de investigación conjuntas abren nuevas posibilidades para explorar diversos otros campos, como la terapia médica, las ciencias de materiales o el patrimonio cultural.

Más de 4000 disparos realizados durante la fase de pruebas, que superaron en todo momento intensidades láser de 3x10^21 W/cm² en blancos sólidos, mostraron una optimización clara más allá de los rendimientos típicos de iones. »Todo el equipo produjo con gran dedicación una enorme cantidad de datos de alta calidad. Ahora es necesario procesarlos para que, en un paso posterior, se pueda analizar la física subyacente«, afirma Hill.

El experimento se llevó a cabo en las instalaciones de ELI Beamlines en la República Checa, donde los investigadores utilizaron el sistema láser avanzado de alta repetición High-Repetition-Rate Advanced Petawatt Laser System (L3-HAPLS), para generar protones en el acelerador de iones láser-plasma ELIMAIA. El láser L3-HAPLS es conocido por la estabilidad de su potencia de pulso láser, su precisión, calidad de haz y capacidad para generar pulsos láser intensos con alta repetición. Esto permite, a su vez, la creación de fuentes secundarias para la generación de electrones, iones y rayos X. La precisión sin precedentes en la repetición del L3-HAPLS permitió al equipo centrarse en comprender la interacción láser-plasma.

»Al utilizar HAPLS y combinarlo con un aprendizaje automático innovador, hemos iniciado un proyecto notable para entender mejor la física compleja de la interacción láser-plasma«, añade Constantin Häfner, director del Fraunhofer ILT y del departamento de Tecnología Láser en la Universidad RWTH Aachen. »Las actividades de investigación conjuntas son una prueba clara de cómo el trabajo en equipo y el avance tecnológico pueden contribuir a ampliar los límites del conocimiento científico de manera conjunta.«

Tanto para las instalaciones como para el círculo de investigadores en el campo de la física de plasmas de alta energía, la exitosa combinación del aprendizaje automático con la diagnóstico de blancos y el control de dispersión de un láser de alta potencia y alta repetición representa un hito importante.

»La realización exitosa de un experimento tan complejo es una prueba de la calidad superior y la fiabilidad del sistema láser L3-HAPLS«, afirma Bedrich Rus, científico principal en ELI Beamlines. Daniele Margarone, director de investigación y operaciones en ELI Beamlines, resume: »Con experimentos como estos, ELI demuestra su disposición y capacidad para ampliar los límites del conocimiento. En ELI estamos comprometidos a facilitar experimentos transformadores que redefinan las posibilidades de la ciencia láser y más allá.«