Страни тим развија нови начин за стварање ласерских импулса са 1,000 пута већом снагом!

Недавно су научници у заједничкој студији користили компјутерске симулације да демонстрирају нову методу компресије светлости како би се довољно повећао њен интензитет да би се извукле честице из вакуума и проучавала природа материје.
Да би то постигле, три истраживачке групе су удружиле снаге како би створиле веома посебно огледало – оно које не само да рефлектује светлосне импулсе, већ их и компресује у времену за фактор већи од 200, са потенцијалом за даљу компресију.
Тим са Универзитета Стратклајд, УНИСТ и ГИСТ дошао је на једноставну идеју – да користи градијенте у густини плазме (потпуно јонизоване материје) за „кластеровање“ фотона, слично скупу испружених аутомобила! када наиђе на стрмо брдо. Ово би могло да револуционише следећу генерацију ласера, повећавајући њихову снагу за више од милион пута него што је данас могуће.
Овај нови метод компресије ласерских импулса у плазми објављен је у часопису Натуре Пхотоницс.
Најјачи ласери на свету имају вршну снагу од око 10 вати. У овом контексту, 173 бат-вата (173 к 1015 В) сунчеве светлости доспева до горњег слоја Земљине атмосфере, при чему отприлике једна трећина тога доспева до површине Земље. Еват-ват је 1015 В, еват је 1018 В, а зефир-ват је 1021 В. Сунце производи 4к1026 вати електричне енергије или 400,000 зетавата.
Ласери велике снаге производе светлосне импулсе веома кратког трајања, обично неколико фемтосекунди (1 фемтосекунда=10-15 секунди), што се постиже техником која се зове појачавање импулса (ЦПА), која укључује компресију импулса, у суштини концентришући енергију ласерског импулса током кратког временског периода, чиме се његова вршна снага повећава за много редова величине.
Професор Дино Јарошински, са Одсека за физику Универзитета Стратклајд, рекао је: "Важно и фундаментално питање је шта се дешава када интензитет светлости премаши нивое уобичајене на Земљи. Ласери велике снаге омогућавају научницима да одговоре на основна питања о природи материје и вакуума и истражити такозвану границу интензитета."
„Примена теравата на ритам ласере на материју омогућава развој следеће генерације ласерских плазма педала за гас, које су хиљадама пута мање од конвенционалних педала за гас. Пружање научницима новим алатима мења начин на који се спроводе научна истраживања . Основали смо Шкотски центар за апликације плазма акцелератора (СЦАПА) на Универзитету Стратклајд да унапредимо апликације засноване на ласерима велике снаге."
Професор Мин Сип Хур са УНИСТ-а је рекао: "Очекује се да ће резултати овог истраживања бити применљиви у различитим областима, укључујући напредну теоријску физику и астрофизику. Такође би се могли користити у истраживању ласерске фузије како би се помогли у решавању енергетских проблема са којима се човечанство суочава. Наш заједнички тим из Кореје и Велике Британије планира да експериментално потврди ове идеје у лабораторији."
Професор Хиионг Сук из ГИСТ-а је рекао: „Плазма може играти сличну улогу у ЦПА систему као конвенционална дифракциона решетка, али то је материјал који неће бити уништен. Стога ће побољшати конвенционалну ЦПА технологију укључивањем веома једноставне додатна компонента. Чак и ако је плазма велика само неколико центиметара, може се користити у ласерима са вршном снагом већом од 100 милиона вати."
Милијарду вати и нула вати су већ заиста велике снаге, али њихов интензитет се може знатно повећати једноставним коришћењем сочива или закривљених огледала за фокусирање ласерског импулса на малу тачку како би се концентрисала његова енергија. Слично компресовању ласерског импулса у времену на краће трајање, исто се може урадити и за компресију пулса у простору, односно фокусирање на малу тачку. Дакле, компресија, у простору или времену, омогућава повећање интензитета ласерског пулса на веома општи начин. Просторна компресија се може лако тестирати коришћењем сочива за фокусирање сунчеве светлости на комад папира; спонтано ће се запалити.
Материја пролази кроз разне промене са све већим интензитетом. На пример, јонизација ваздуха на видљивим таласним дужинама прелази 1010-1012 В/цм2, а када се електрони подвргну ласерима са интензитетом већим од 1018 В/цм2, приближавају се брзини светлости, што доводи до области релативистичке оптике.
При интензитетима од 1024 В/цм2 и више, протони се приближавају брзини светлости, а честице које доживљавају јако ласерско поље реагују са сопственим пољем зрачења, што је граница тренутног интензитета у физици. При интензитетима изнад 1029 В/цм2, што је добро позната Швингерова граница, честице се стварају директно из вакуумске светлости и могу се директно претворити у материју. Ово захтева АиВ до ЗиВ ласере.
Разумевање природе материје и вакуума при интензитетима изнад 1024 В/цм2 један је од изузетних изазова модерне физике. Ласери велике снаге такође омогућавају проучавање астрофизичких феномена у лабораторији, пружајући јединствен увид у унутрашњост звезда и порекло универзума.