Zahraničný tím vyvíja nový spôsob vytvárania laserových impulzov s 1,{1}}-krát väčším výkonom!

Nedávno vedci v spoločnej štúdii použili počítačové simulácie na demonštráciu novej metódy stláčania svetla, aby sa dostatočne zvýšila jeho intenzita na extrakciu častíc z vákua a štúdium povahy hmoty.
Aby to dosiahli, tri výskumné skupiny spojili svoje sily a vytvorili veľmi špeciálne zrkadlo – také, ktoré nielen odráža svetelné impulzy, ale ich aj stláča v čase viac ako 200-násobne, s potenciálom ďalšej kompresie.
Tím z University of Strathclyde, UNIST a GIST prišiel s jednoduchou myšlienkou – využiť gradienty v hustote plazmy (plne ionizovanej hmoty) na „zhlukovanie“ fotónov, podobne ako pri súprave natiahnutých áut! pri stretnutí so strmým kopcom. To by mohlo spôsobiť revolúciu v ďalšej generácii laserov a zvýšiť ich výkon viac ako miliónkrát, čo je možné dosiahnuť dnes.
Táto nová metóda stláčania laserových impulzov v plazme je publikovaná v časopise Nature Photonics.
Lasery s najvyšším výkonom na svete majú maximálny výkon približne 10 wattov. V tejto súvislosti 173 tepových wattov (173 x 1015 W) slnečného svetla dosiahne vrchnú vrstvu atmosféry Zeme, pričom asi jedna tretina z toho sa dostane na zemský povrch. Jeden watt je 1 015 W, ewatt je 1 018 W a zefírový watt je 1 021 W. Slnko produkuje 4 x 1 026 wattov elektriny alebo 400,000 zettawattov.
Vysokovýkonné lasery produkujú svetelné impulzy s veľmi krátkym trvaním, zvyčajne niekoľko femtosekúnd (1 femtosekunda=10-15 sekúnd), čo sa dosahuje technikou nazývanou zosilnenie chirpovaného pulzu (CPA), ktorá zahŕňa kompresiu pulzu, ktorá v podstate koncentruje energiu. laserového impulzu za krátky čas, čím sa jeho špičkový výkon zvýši o mnoho rádov.
Profesor Dino Jaroszynski z Katedry fyziky na Univerzite v Strathclyde povedal: "Dôležitou a zásadnou otázkou je, čo sa stane, keď intenzita svetla prekročí úrovne bežné na Zemi. Vysokovýkonné lasery umožňujú vedcom odpovedať na základné otázky o prírode." hmoty a vákua a preskúmať takzvanú hranicu intenzity."
"Aplikácia terawattových laserov na tlkot wattov na hmotu umožňuje vývoj ďalšej generácie laserových plazmových plynových pedálov, ktoré sú tisíckrát menšie ako konvenčné plynové pedály. Poskytovanie nových nástrojov vedcom mení spôsob, akým sa vykonáva vedecký výskum. Založili sme Škótske centrum pre aplikácie plazmových akcelerátorov (SCAPA) na Univerzite v Strathclyde s cieľom rozvíjať aplikácie založené na vysokovýkonných laseroch.“
Profesor Min Sip Hur z UNIST povedal: "Očakáva sa, že výsledky tohto výskumu budú použiteľné v rôznych oblastiach, vrátane pokročilej teoretickej fyziky a astrofyziky. Dalo by sa použiť aj pri výskume laserovej fúzie, ktorý by pomohol vyriešiť energetické problémy, ktorým ľudstvo čelí." Náš spoločný kórejský a britský tím plánuje experimentálne overiť tieto nápady v laboratóriu."
Prof. Hyyong Suk z GIST povedal: "Plazma môže hrať podobnú úlohu v systéme CPA ako konvenčná difrakčná mriežka, ale je to materiál, ktorý sa nezničí. Preto vylepší konvenčnú technológiu CPA zahrnutím veľmi jednoduchej prídavný komponent. Aj keď má plazma veľkosť len niekoľko centimetrov, možno ju použiť v laseroch so špičkovým výkonom presahujúcim 100 miliónov wattov.“
Miliarda wattov a nula wattov sú už skutočne veľmi vysoké výkony, ale ich intenzitu možno výrazne zvýšiť jednoduchým použitím šošoviek alebo zakrivených zrkadiel na zaostrenie laserového impulzu na malé miesto, aby sa skoncentrovala jeho energia. Podobne ako pri stlačení laserového impulzu v čase na kratšie trvanie, to isté možno urobiť na stlačenie impulzu v priestore, tj zaostrenie na malý bod. Takže kompresia, v priestore alebo čase, umožňuje zvýšenie intenzity laserového pulzu veľmi všeobecným spôsobom. Priestorovú kompresiu možno ľahko otestovať použitím šošovky na zaostrenie slnečného svetla na kúsok papiera; samovoľne sa vznieti.
Hmota s rastúcou intenzitou prechádza rôznymi zmenami. Napríklad ionizácia vzduchu pri viditeľných vlnových dĺžkach presahuje 1010-1012 W/cm2 a keď sú elektróny vystavené laserom s intenzitou presahujúcou 1018 W/cm2, blížia sa rýchlosti svetla, čo vedie k sfére relativistickej optiky.
Pri intenzitách 1024 W/cm2 a vyšších sa protóny blížia k rýchlosti svetla a častice so silným laserovým poľom reagujú s vlastným radiačným poľom, čo je súčasná hranica intenzity vo fyzike. Pri intenzitách nad 1029 W/cm2, dobre známej Schwingerovej hranici, vznikajú častice priamo z vákuového svetla a môžu sa premeniť priamo na hmotu. To si vyžaduje lasery AiW až ZiW.
Pochopenie podstaty hmoty a vákua pri intenzitách nad 1024 W/cm2 je jednou z najväčších výziev modernej fyziky. Vysokovýkonné lasery tiež umožňujú štúdium astrofyzikálnych javov v laboratóriu a poskytujú jedinečný pohľad do vnútra hviezd a pôvodu vesmíru.