Ārvalstu komanda izstrādā jaunu veidu, kā radīt lāzerimpulsus ar 1,000 reizes lielāku jaudu!

Nesen zinātnieki kopīgā pētījumā izmantoja datorsimulācijas, lai demonstrētu jaunu gaismas saspiešanas metodi, lai pietiekami palielinātu tās intensitāti, lai iegūtu daļiņas no vakuuma un izpētītu matērijas būtību.
Lai to panāktu, trīs pētnieku grupas ir apvienojušas spēkus, lai izveidotu ļoti īpašu spoguli – tādu, kas ne tikai atstaro gaismas impulsus, bet arī tos laikā saspiež vairāk nekā 200 reizes, ar potenciālu tālākai saspiešanai.
Stratklaida Universitātes, UNIST un GIST komanda nāca klajā ar vienkāršu ideju - izmantot plazmas (pilnībā jonizētas vielas) blīvuma gradientus, lai "sagrupētu" fotonus, līdzīgi kā izstieptu automašīnu komplektā! sastopot stāvu kalnu. Tas varētu mainīt nākamās paaudzes lāzerus, palielinot to jaudu vairāk nekā miljons reižu, nekā tas ir sasniedzams šodien.
Šī jaunā lāzera impulsu saspiešanas metode plazmā ir publicēta žurnālā Nature Photonics.
Pasaulē jaudīgāko lāzeru maksimālā jauda ir aptuveni 10 sitienu vati. Šajā kontekstā 173 sitieni vati (173 x 1015 W) saules gaismas sasniedz Zemes augšējos atmosfēras slāņus, un aptuveni viena trešdaļa no tā sasniedz Zemes virsmu. Beat-vats ir 1015 W, evats ir 1018 W un zefīra vats ir 1021 W. Saule saražo 4 x 1026 vatus elektroenerģijas jeb 400,{15}} zetvatus.
Lieljaudas lāzeri rada ļoti īsus gaismas impulsus, kas parasti ilgst dažas femtosekundes (1 femtosekunde=10-15 sekundes), ko panāk ar paņēmienu, ko sauc par čirkstošā impulsa pastiprināšanu (CPA), kas ietver impulsa saspiešanu, būtībā koncentrējot enerģiju. lāzera impulsu īsā laika periodā, tādējādi palielinot tā maksimālo jaudu par daudzām kārtām.
Profesors Dino Jarošinskis no Stratklaida universitātes Fizikas katedras sacīja: "Svarīgs un fundamentāls jautājums ir, kas notiek, ja gaismas intensitāte pārsniedz uz Zemes ierasto līmeni. Lieljaudas lāzeri ļauj zinātniekiem atbildēt uz fundamentāliem jautājumiem par dabu. matēriju un vakuumu, un izpētīt tā saukto intensitātes robežu."
"Teravatu pielietošana beat-wat lāzeriem matērijai ļauj izstrādāt nākamās paaudzes lāzera plazmas gāzes pedāļus, kas ir tūkstošiem reižu mazāki nekā parastie gāzes pedāļi. Zinātnieku nodrošināšana ar jauniem instrumentiem maina veidu, kā tiek veikta zinātniskā izpēte. Mēs esam nodibinājuši Skotijas plazmas paātrinātāju lietojumu centru (SCAPA) Stratklaida universitātē, lai veicinātu lietojumus, kuru pamatā ir lieljaudas lāzeri.
Profesors Min Sip Hur no UNIST sacīja: "Paredzams, ka šī pētījuma rezultāti būs piemērojami dažādās jomās, tostarp progresīvā teorētiskajā fizikā un astrofizikā. To varētu izmantot arī lāzeru kodolsintēzes pētījumos, lai palīdzētu atrisināt enerģētikas problēmas, ar kurām saskaras cilvēce. Mūsu kopīgā Korejas un Apvienotās Karalistes komanda plāno eksperimentāli apstiprināt šīs idejas laboratorijā."
Profesors Hyyong Suk no GIST teica: "Plazma var spēlēt līdzīgu lomu CPA sistēmā kā parasts difrakcijas režģis, taču tas ir materiāls, kas netiks iznīcināts. Tāpēc tas uzlabos parasto CPA tehnoloģiju, iekļaujot ļoti vienkāršu pat tad, ja plazmas izmērs ir tikai daži centimetri, to var izmantot lāzeros, kuru maksimālā jauda pārsniedz 100 miljonus vatu."
Miljards vatu un nullevatu jau patiešām ir ļoti liela jauda, ​​taču to intensitāti var ievērojami palielināt, vienkārši izmantojot lēcas vai izliektus spoguļus, lai fokusētu lāzera impulsu uz nelielu vietu, lai koncentrētu tā enerģiju. Līdzīgi kā lāzera impulsa saspiešana laikā līdz īsākam laikam, to pašu var izdarīt, lai saspiestu impulsu telpā, ti, fokusētu to uz nelielu vietu. Tātad saspiešana telpā vai laikā ļauj palielināt lāzera impulsa intensitāti ļoti vispārīgā veidā. Telpisko kompresiju var viegli pārbaudīt, izmantojot objektīvu, lai fokusētu saules gaismu uz papīra lapas; tas spontāni aizdegsies.
Matērija piedzīvo dažādas izmaiņas, pieaugot intensitātei. Piemēram, gaisa jonizācija pie redzamā viļņa garuma pārsniedz 1010-1012 W/cm2, un, ja elektroni tiek pakļauti lāzeriem, kuru intensitāte pārsniedz 1018 W/cm2, tie tuvojas gaismas ātrumam, tādējādi nonākot relativistiskās optikas valstībā.
Ja intensitāte ir 1024 W/cm2 un lielāka, protoni tuvojas gaismas ātrumam, un daļiņas, kas izjūt spēcīgu lāzera lauku, reaģē ar savu radiācijas lauku, kas ir pašreizējās intensitātes robeža fizikā. Ja intensitāte pārsniedz 1029 W/cm2, kas ir labi zināmā Švingera robeža, daļiņas tiek radītas tieši no vakuuma gaismas, un tās var tieši pārvērst matērijā. Tam nepieciešami AiW uz ZiW lāzeri.
Matērijas un vakuuma būtības izpratne pie intensitātes virs 1024 W/cm2 ir viens no izcilākajiem mūsdienu fizikas izaicinājumiem. Lieljaudas lāzeri ļauj pētīt arī astrofizikālās parādības laboratorijā, sniedzot unikālu ieskatu zvaigžņu interjerā un Visuma izcelsmē.