O echipă străină dezvoltă o nouă modalitate de a crea impulsuri laser cu o putere de 000 ori mai mare!

Recent, oamenii de știință dintr-un studiu comun au folosit simulări pe computer pentru a demonstra o nouă metodă de comprimare a luminii pentru a crește intensitatea acesteia suficient pentru a extrage particulele dintr-un vid și a studia natura materiei.
Pentru a realiza acest lucru, cele trei grupuri de cercetare și-au unit forțele pentru a crea o oglindă cu totul specială - una care nu numai că reflectă impulsurile de lumină, dar și le comprimă în timp cu un factor de peste 200, cu potențial de compresie suplimentară.
Echipa de la Universitatea din Strathclyde, UNIST și GIST a venit cu o idee simplă - să folosească gradienți în densitatea plasmei (materie complet ionizată) pentru a „grupa” fotoni, similar cu un set de mașini întinse! când întâlnesc un deal abrupt. Acest lucru ar putea revoluționa următoarea generație de lasere, mărindu-le puterea de peste un milion de ori mai mult decât este realizabil astăzi.
Această nouă metodă de comprimare a impulsurilor laser într-o plasmă este publicată în revista Nature Photonics.
Cele mai puternice lasere din lume au o putere maximă de aproximativ 10 batați. În acest context, 173 de bătăi-wați (173 x 1015 W) de lumină solară ajung în atmosfera superioară a Pământului, aproximativ o treime din aceasta ajungând la suprafața Pământului. Un beat-watt este 1015 W, un ewatt este 1018 W, iar un zephyr-watt este 1021 W. Soarele produce 4x1026 wați de electricitate sau 400,000 zettawați.
Laserele de mare putere produc impulsuri luminoase de foarte scurtă durată, de obicei câteva femtosecunde (1 femtosecundă=10-15 secunde), care se realizează printr-o tehnică numită amplificare a impulsului ciripat (CPA), care implică compresia pulsului, concentrând în esență energia a unui impuls laser pe o perioadă scurtă de timp, crescând astfel puterea sa de vârf cu multe ordine de mărime.
Profesorul Dino Jaroszynski, de la Departamentul de Fizică de la Universitatea Strathclyde, a declarat: „O întrebare importantă și fundamentală este ce se întâmplă atunci când intensitatea luminii depășește nivelurile comune pe Pământ. Laserele de mare putere le permit oamenilor de știință să răspundă la întrebări fundamentale despre natură. a materiei și a vidului și pentru a explora așa-numita graniță de intensitate”.
„Aplicarea terawatt-ului la lasere cu batai-watt la materie permite dezvoltarea următoarei generații de pedale de gaz cu plasmă laser, care sunt de mii de ori mai mici decât pedalele convenționale de accelerație. Furnizarea oamenilor de știință cu noi instrumente schimbă modul în care este condusă cercetarea științifică. Am înființat Centrul Scoțian pentru Aplicații pentru Acceleratorul de Plasmă (SCAPA) la Universitatea din Strathclyde pentru a avansa aplicațiile bazate pe lasere de mare putere.”
Profesorul Min Sip Hur de la UNIST a spus: „Se așteaptă ca rezultatele acestei cercetări să fie aplicabile într-o varietate de domenii, inclusiv fizicii teoretice avansate și astrofizicii. Ar putea fi, de asemenea, utilizat în cercetarea fuziunii cu laser pentru a ajuta la rezolvarea problemelor energetice cu care se confruntă omenirea. Echipa noastră comună din Coreea și Marea Britanie intenționează să valideze experimental aceste idei în laborator.”
Prof. Hyyong Suk de la GIST a spus: „Plama poate juca un rol similar într-un sistem CPA ca un rețeau de difracție convențional, dar este un material care nu va fi distrus. Prin urmare, va îmbunătăți tehnologia CPA convențională prin includerea unui sistem foarte simplu. componentă suplimentară. Chiar dacă plasma are o dimensiune de doar câțiva centimetri, poate fi folosită în lasere cu puteri de vârf de peste 100 de milioane de wați."
Un miliard de wați și zero wați sunt deja puteri foarte mari, dar intensitatea lor poate fi crescută foarte mult prin simpla folosire a lentilelor sau a oglinzilor curbate pentru a focaliza pulsul laser pe un loc mic pentru a-și concentra energia. Similar cu comprimarea unui impuls laser în timp pe o durată mai scurtă, același lucru se poate face și pentru a comprima pulsul în spațiu, adică focalizați-l într-un loc mic. Deci compresia, în spațiu sau timp, permite o creștere a intensității pulsului laser într-un mod foarte general. Compresia spațială poate fi testată cu ușurință folosind o lentilă pentru a focaliza lumina soarelui pe o bucată de hârtie; se va arde spontan.
Materia suferă diverse modificări cu o intensitate crescândă. De exemplu, ionizarea aerului la lungimi de undă vizibile depășește 1010-1012 W/cm2, iar atunci când electronii sunt supuși unor lasere cu intensități mai mari de 1018 W/cm2, ei se apropie de viteza luminii, ceea ce duce la sfera opticii relativiste.
La intensități de 1024 W/cm2 și peste, protonii se apropie de viteza luminii, iar particulele care se confruntă cu un câmp laser puternic reacționează cu propriul lor câmp de radiație, care este frontiera intensității curente în fizică. La intensități de peste 1029 W/cm2, binecunoscuta limită Schwinger, particulele sunt create direct din lumina vidului și pot fi transformate direct în materie. Acest lucru necesită lasere AiW la ZiW.
Înțelegerea naturii materiei și a vidului la intensități de peste 1024 W/cm2 este una dintre provocările remarcabile ale fizicii moderne. Laserele de mare putere permit, de asemenea, studiul fenomenelor astrofizice în laborator, oferind perspective unice asupra interioarelor stelelor și a originilor universului.