Strani tim razvija novi način stvaranja laserskih impulsa sa 1,000 puta većom snagom!

Nedavno su naučnici u zajedničkoj studiji koristili kompjuterske simulacije kako bi demonstrirali novu metodu kompresije svjetlosti kako bi se povećao njen intenzitet dovoljno za izdvajanje čestica iz vakuuma i proučavanje prirode materije.
Kako bi to postigle, tri istraživačke grupe udružile su snage kako bi stvorile vrlo posebno ogledalo - ono koje ne samo da reflektira svjetlosne impulse, već ih i kompresuje u vremenu za faktor veći od 200, s potencijalom za daljnju kompresiju.
Tim sa Univerziteta Strathclyde, UNIST i GIST došao je na jednostavnu ideju - koristiti gradijente u gustini plazme (potpuno jonizirane materije) za "klasteriranje" fotona, slično skupu ispruženih automobila! kada naiđe na strmo brdo. Ovo bi moglo revolucionirati sljedeću generaciju lasera, povećavajući njihovu snagu za više od milion puta nego što je danas moguće.
Ova nova metoda kompresije laserskih impulsa u plazmi objavljena je u časopisu Nature Photonics.
Najjači laseri na svijetu imaju vršnu snagu od oko 10 vati. U tom kontekstu, 173 bat-wata (173 x 1015 W) sunčeve svjetlosti dopire do gornjeg sloja Zemljine atmosfere, a otprilike jedna trećina te količine dospijeva na površinu Zemlje. Beat-watt je 1015 W, ewatt je 1018 W, a zephyr-watt je 1021 W. Sunce proizvodi 4x1026 vata električne energije ili 400,000 zetawata.
Laseri velike snage proizvode svjetlosne impulse vrlo kratkog trajanja, obično nekoliko femtosekundi (1 femtosekunda=10-15 sekundi), što se postiže tehnikom koja se zove pojačanje čirpiranog impulsa (CPA), koja uključuje kompresiju impulsa, u suštini koncentrirajući energiju laserskog impulsa u kratkom vremenskom periodu, čime se njegova vršna snaga povećava za mnogo redova veličine.
Profesor Dino Jaroszynski, sa Odsjeka za fiziku na Univerzitetu Strathclyde, rekao je: "Važno i fundamentalno pitanje je šta se dešava kada intenzitet svjetlosti premašuje nivoe uobičajene na Zemlji. Laseri velike snage omogućavaju naučnicima da odgovore na osnovna pitanja o prirodi materije i vakuuma, te istražiti takozvanu granicu intenziteta."
"Primjena teravata na lasere beat-watt na materiju omogućava razvoj sljedeće generacije laserskih plazma pedala za gas, koje su hiljadama puta manje od konvencionalnih pedala za gas. Pružanje naučnicima novim alatima mijenja način na koji se sprovode naučna istraživanja Osnovali smo Škotski centar za aplikacije plazma akceleratora (SCAPA) na Univerzitetu Strathclyde kako bismo unaprijedili aplikacije zasnovane na laserima velike snage."
Profesor Min Sip Hur sa UNIST-a je rekao: "Očekuje se da će rezultati ovog istraživanja biti primjenjivi u raznim oblastima, uključujući naprednu teorijsku fiziku i astrofiziku. Također bi se mogli koristiti u istraživanju laserske fuzije kako bi pomogli u rješavanju energetskih problema s kojima se čovječanstvo suočava. Naš zajednički tim iz Koreje i Velike Britanije planira eksperimentalno potvrditi ove ideje u laboratoriji."
Profesor Hyyong Suk iz GIST-a je rekao: "Plazma može igrati sličnu ulogu u CPA sistemu kao konvencionalna difrakciona rešetka, ali to je materijal koji neće biti uništen. Stoga će poboljšati konvencionalnu CPA tehnologiju uključivanjem vrlo jednostavne Dodatna komponenta. Čak i ako je plazma velika samo nekoliko centimetara, može se koristiti u laserima sa vršnom snagom većom od 100 miliona vati."
Milijardu vata i nula vati su već zaista velike snage, ali njihov intenzitet se može uvelike povećati jednostavnim korištenjem sočiva ili zakrivljenih ogledala za fokusiranje laserskog impulsa na malo mjesto kako bi se koncentrirala njegova energija. Slično kompresiji laserskog impulsa u vremenu na kraće trajanje, isto se može učiniti i za kompresiju impulsa u prostoru, odnosno fokusiranje na malu tačku. Dakle, kompresija, u prostoru ili vremenu, omogućava povećanje intenziteta laserskog impulsa na vrlo opći način. Prostorna kompresija se može lako testirati korišćenjem sočiva za fokusiranje sunčeve svetlosti na komad papira; spontano će se zapaliti.
Materija prolazi kroz razne promjene sa sve većim intenzitetom. Na primjer, jonizacija zraka na vidljivim talasnim dužinama prelazi 1010-1012 W/cm2, a kada se elektroni podvrgnu laserima s intenzitetom većim od 1018 W/cm2, približavaju se brzini svjetlosti, što dovodi do područja relativističke optike.
Pri intenzitetima od 1024 W/cm2 i više, protoni se približavaju brzini svjetlosti, a čestice koje doživljavaju jako lasersko polje reagiraju sa svojim vlastitim poljem zračenja, što je granica trenutnog intenziteta u fizici. Kod intenziteta iznad 1029 W/cm2, dobro poznatog Schwingerovog ograničenja, čestice se stvaraju direktno iz vakuumske svjetlosti i mogu se direktno pretvoriti u materiju. Ovo zahtijeva AiW do ZiW lasere.
Razumijevanje prirode materije i vakuuma pri intenzitetima iznad 1024 W/cm2 jedan je od izvanrednih izazova moderne fizike. Laseri velike snage također omogućavaju proučavanje astrofizičkih fenomena u laboratoriji, pružajući jedinstven uvid u unutrašnjost zvijezda i porijeklo svemira.