Külföldi csapat új módszert dolgozott ki a lézerimpulzusok létrehozására 1,000-szer nagyobb teljesítmény mellett!

A közelmúltban a tudósok egy közös tanulmányban számítógépes szimulációkkal demonstrálták a fény összenyomásának új módszerét, hogy a fény intenzitását kellő mértékben növeljék a részecskék vákuumból való kiemeléséhez és az anyag természetének tanulmányozásához.
Ennek elérése érdekében a három kutatócsoport összefogott egy egészen különleges tükör létrehozásában – egy olyan tükröt, amely nemcsak visszaveri a fényimpulzusokat, hanem időben több mint 200-szorosára is összenyomja azokat, további tömörítés lehetőségével.
A Strathclyde-i Egyetem, a UNIST és a GIST csapata egy egyszerű ötlettel állt elő – a plazma (teljesen ionizált anyag) sűrűségében lévő gradienseket kell használni a fotonok „csoportosítására”, hasonlóan egy kinyújtott autóhoz! amikor meredek dombbal találkozik. Ez forradalmasíthatja a lézerek következő generációját, és a manapság elérhetőnek több mint egymilliószorosára növelheti teljesítményüket.
A lézerimpulzusok plazmában történő összenyomásának új módszerét a Nature Photonics folyóiratban tették közzé.
A világ legnagyobb teljesítményű lézereinek csúcsteljesítménye körülbelül 10 watt. Ebben az összefüggésben 173 ütem watt (173 x 1015 W) napfény éri el a Föld felső légkörét, ennek körülbelül egyharmada éri el a Föld felszínét. Egy beat-watt 1015 W, egy ewatt 1018 W és egy zephyr-watt 1021 W. A nap 4x1026 watt villamos energiát vagy 400,{15}} zettwattot termel.
A nagy teljesítményű lézerek nagyon rövid időtartamú, jellemzően néhány femtomásodperces (1 femtoszekundum=10-15 másodperc) fényimpulzusokat állítanak elő, amit a csiripelt impulzuserősítésnek (CPA) nevezett technikával érnek el, amely impulzussűrítéssel, lényegében az energia koncentrálásával történik. egy lézerimpulzus rövid ideig tartó erejét, ezáltal annak csúcsteljesítményét sok nagyságrenddel növeli.
Dino Jaroszynski professzor, a Strathclyde Egyetem Fizikai Tanszékének munkatársa elmondta: "Fontos és alapvető kérdés, hogy mi történik, ha a fény intenzitása meghaladja a Földön megszokott szintet. A nagy teljesítményű lézerek lehetővé teszik a tudósok számára, hogy megválaszolják a természettel kapcsolatos alapvető kérdéseket az anyagról és a vákuumról, és feltárni az úgynevezett intenzitáshatárt."
"A terawatt beat-wattos lézerekben való alkalmazása lehetővé teszi a lézerplazma gázpedálok következő generációjának kifejlesztését, amelyek több ezerszer kisebbek, mint a hagyományos gázpedálok. A tudósok új eszközökkel való ellátása megváltoztatja a tudományos kutatások módját Létrehoztuk a Skót Plazmagyorsító Alkalmazások Központját (SCAPA) a Strathclyde-i Egyetemen a nagy teljesítményű lézereken alapuló alkalmazások fejlesztésére."
Min Sip Hur, az UNIST professzora azt mondta: "A kutatás eredményei várhatóan számos területen alkalmazhatók lesznek, beleértve a fejlett elméleti fizikát és asztrofizikát. A lézerfúziós kutatásban is felhasználható az emberiség előtt álló energiaproblémák megoldásában. Közös koreai és egyesült királyságbeli csapatunk azt tervezi, hogy kísérletileg validálja ezeket az ötleteket a laboratóriumban."
Prof. Hyyong Suk, a GIST munkatársa elmondta: "A plazma hasonló szerepet tölthet be egy CPA-rendszerben, mint egy hagyományos diffrakciós rács, de ez egy olyan anyag, amely nem pusztul el. Ezért a hagyományos CPA-technológiát egy nagyon egyszerű beépítéssel javítani fogja. kiegészítő komponens. Még ha a plazma csak néhány centiméteres is, akkor is használható 100 millió wattot meghaladó csúcsteljesítményű lézerekben."
Egymilliárd watt és nulla watt már valóban nagyon nagy teljesítmény, de intenzitásuk nagymértékben növelhető, ha egyszerűen lencsékkel vagy görbetükrökkel fókuszálják a lézerimpulzust egy kis pontra, hogy az energiát koncentrálják. Hasonlóan a lézerimpulzus időbeni rövidebb időtartamra történő tömörítéséhez, ugyanúgy megtehető az impulzus térbeli tömörítése, azaz egy kis pontra fókuszálható. Tehát a tömörítés, térben vagy időben, nagyon általános módon teszi lehetővé a lézerimpulzus intenzitásának növelését. A térbeli tömörítés könnyen tesztelhető, ha lencsét használva fókuszál a napfény egy darab papírra; spontán égni fog.
Az anyag növekvő intenzitással különféle változásokon megy keresztül. Például a levegő ionizációja látható hullámhosszon meghaladja a 1010-1012 W/cm2-t, és amikor az elektronokat 1018 W/cm2-t meghaladó intenzitású lézereknek vetik alá, megközelítik a fénysebességet, ami a relativisztikus optika birodalmába vezet.
1024 W/cm2 és afeletti intenzitásnál a protonok megközelítik a fénysebességet, és az erős lézermezőt tapasztaló részecskék reakcióba lépnek saját sugárzási mezőjükkel, ami a jelenlegi intenzitáshatár a fizikában. A jól ismert Schwinger-határérték 1029 W/cm2 feletti intenzitásnál a részecskék közvetlenül a vákuumfényből jönnek létre, és közvetlenül anyaggá alakíthatók. Ehhez AiW–ZiW lézerekre van szükség.
Az anyag és a vákuum természetének megértése 1024 W/cm2 feletti intenzitás mellett a modern fizika egyik kiemelkedő kihívása. A nagy teljesítményű lézerek az asztrofizikai jelenségek laboratóriumi vizsgálatát is lehetővé teszik, egyedülálló betekintést nyújtva a csillagok belsejébe és az univerzum eredetébe.