Aprovechar el aprendizaje automático para lograr avances con láseres de alta potencia
Un equipo internacional de científicos del Laboratorio Nacional Lawrence Livermore (LLNL), el Instituto Fraunhofer de Tecnología Láser ILT y el Centro de Luz Extrema (ELI) han colaborado en un experimento para optimizar la tecnología láser de alta intensidad y alta tasa de repetición utilizando el aprendizaje automático. El experimento representa un importante salto adelante en el estudio, la comprensión y la aplicación práctica de los láseres de alta intensidad.
“Nuestro objetivo era demostrar un diagnóstico robusto de iones y electrones acelerados por láser a partir de objetivos sólidos a alta intensidad y velocidad de repetición”, explica Matthew Hill, del LLNL, investigador principal. “Con el apoyo de la retroalimentación rápida de un algoritmo de optimización de aprendizaje automático al extremo frontal del láser, fue posible maximizar el rendimiento total de iones del sistema”.
Los más de 4.000 disparos realizados durante la campaña, que superaron sistemáticamente intensidades láser de 3x10^21 W/cm² sobre objetivos sólidos, demostraron una optimización del rendimiento iónico por encima del rendimiento nominal de referencia. “La alta calidad y el gran volumen de datos que se produjeron y con los que ahora hay que trabajar para explorar la física subyacente validan el duro trabajo de todo el equipo”, señala Hill.
El experimento se llevó a cabo en el ELI Beamlines Facility de la República Checa, donde los investigadores utilizaron el vanguardista Sistema Láser Avanzado de Petavatios de Alta Velocidad de Repetición (L3-HAPLS) para generar protones en el acelerador ELIMAIA de iones de plasma láser. El láser L3-HAPLS es famoso por su repetibilidad, precisión y calidad del haz, así como por su capacidad de generar pulsos láser intensos a una elevada tasa de repetición para impulsar la generación de fuentes secundarias como electrones, iones y rayos X. La repetibilidad sin precedentes de disparo a disparo del L3-HAPLS permite a los científicos centrarse en la comprensión de la física de la interacción láser-plasma. “Aprovechando el HAPLS y las técnicas pioneras de aprendizaje automático, nos hemos embarcado en un notable esfuerzo para comprender mejor la intrincada física de las interacciones láser-plasma”, añade Constantin Haefner, Director General de Fraunhofer ILT y Director de la Cátedra de Tecnología Láser LLT de la Universidad RWTH de Aquisgrán. “Este esfuerzo de colaboración sirve como testimonio de la fuerza del trabajo en equipo y los avances tecnológicos para empujar juntos los límites del conocimiento científico”.
Demostrar la integración del aprendizaje automático entre el diagnóstico de objetivos y los controles de dispersión de un láser de alta potencia y alta tasa de repetición es un hito significativo tanto para la instalación como para la comunidad científica de alta densidad de energía en general. “La ejecución con éxito de un experimento tan complejo pone de manifiesto la calidad y fiabilidad de vanguardia del sistema láser L3-HAPLS”, afirma Bedrich Rus, científico jefe de Láseres en ELI Beamlines. Daniele Margarone, Director de Investigación y Operaciones de ELI Beamlines, concluye: “Con estos experimentos, ELI demuestra su disposición y capacidad para ampliar las fronteras del conocimiento. En ELI estamos comprometidos a hacer posibles experimentos transformadores que redefinan lo que es posible en la ciencia láser y más allá”.
