Un equip estranger desenvolupa una nova manera de crear polsos làser amb 1,000 vegades més potència!

Recentment, els científics en un estudi conjunt van utilitzar simulacions per ordinador per demostrar un nou mètode de compressió de la llum per augmentar-ne la intensitat prou per extreure partícules del buit i estudiar la naturalesa de la matèria.
Per aconseguir-ho, els tres grups de recerca han unit esforços per crear un mirall molt especial, un mirall que no només reflecteix els polsos de llum, sinó que també els comprimeix en el temps per un factor de més de 200, amb el potencial de compressió addicional.
L'equip de la Universitat de Strathclyde, UNIST i GIST va tenir una idea senzilla: utilitzar gradients en la densitat del plasma (matèria totalment ionitzada) per "agrupar" fotons, de manera similar a un conjunt de cotxes estirats! en trobar-se amb un turó costerut. Això podria revolucionar la propera generació de làsers, augmentant la seva potència en més d'un milió de vegades el que es pot aconseguir avui.
Aquest nou mètode per comprimir polsos làser en un plasma es publica a la revista Nature Photonics.
Els làsers de més gran potència del món tenen una potència màxima d'uns 10 batwatts. En aquest context, 173 batwatts (173 x 1015 W) de llum solar arriben a l'atmosfera superior de la Terra, i aproximadament un terç d'aquesta arriba a la superfície de la Terra. Un bat-watt és 1015 W, un ewatt és 1018 W i un zephyr-watt és 1021 W. El sol produeix 4 x 1026 watts d'electricitat o 400,000 zettawatts.
Els làsers d'alta potència produeixen polsos de llum de molt curta durada, normalment d'uns pocs femtosegons (1 femtosegon=10-15 segons), que s'aconsegueix mitjançant una tècnica anomenada amplificació de pols xirpat (CPA), que implica compressió de pols, bàsicament concentrant l'energia. d'un pols làser durant un curt període de temps, augmentant així la seva potència màxima en molts ordres de magnitud.
El professor Dino Jaroszynski, del Departament de Física de la Universitat de Strathclyde, va dir: "Una pregunta important i fonamental és què passa quan la intensitat de la llum supera els nivells habituals a la Terra. Els làsers d'alta potència permeten als científics respondre a preguntes fonamentals sobre la naturalesa. de la matèria i el buit, i explorar l'anomenat límit d'intensitat".
"L'aplicació de terawatts a làsers de bat-watt a la matèria està permetent el desenvolupament de la propera generació de pedals de gas de plasma làser, que són milers de vegades més petits que els pedals de gas convencionals. Proporcionar noves eines als científics està canviant la manera com es duu a terme la investigació científica. Hem establert el Centre escocès d'aplicacions d'accelerador de plasma (SCAPA) a la Universitat de Strathclyde per avançar en aplicacions basades en làsers d'alta potència".
El professor Min Sip Hur d'UNIST va dir: "S'espera que els resultats d'aquesta investigació siguin aplicables a una varietat de camps, incloses la física teòrica avançada i l'astrofísica. També es podria utilitzar en la investigació de la fusió làser per ajudar a resoldre els problemes energètics als quals s'enfronta la humanitat. El nostre equip conjunt de Corea i el Regne Unit té previst validar experimentalment aquestes idees al laboratori".
El professor Hyyong Suk de GIST va dir: "El plasma pot tenir un paper similar en un sistema CPA com una xarxa de difracció convencional, però és un material que no es destruirà. Per tant, millorarà la tecnologia CPA convencional mitjançant la inclusió d'una xarxa molt senzilla. component addicional. Fins i tot si el plasma només té uns quants centímetres de mida, es pot utilitzar en làsers amb potències màximes de més de 100 milions de watts".
Mil milions de watts i zero watts ja són potències molt elevades, però la seva intensitat es pot augmentar molt simplement utilitzant lents o miralls corbats per enfocar el pols làser en un petit punt per concentrar la seva energia. De manera semblant a comprimir un pols làser en el temps a una durada més curta, es pot fer el mateix per comprimir el pols a l'espai, és a dir, enfocar-lo en un petit punt. Així, la compressió, en l'espai o en el temps, permet un augment de la intensitat del pols làser d'una manera molt general. La compressió espacial es pot provar fàcilment utilitzant una lent per enfocar la llum solar en un tros de paper; es cremarà espontàniament.
La matèria pateix diversos canvis amb intensitat creixent. Per exemple, la ionització de l'aire a les longituds d'ona visibles supera 1010-1012 W/cm2, i quan els electrons són sotmesos a làsers amb intensitats superiors a 1018 W/cm2, s'acosten a la velocitat de la llum, donant lloc al regne de l'òptica relativista.
A intensitats de 1024 W/cm2 i superiors, els protons s'acosten a la velocitat de la llum i les partícules que experimenten un camp làser fort reaccionen amb el seu propi camp de radiació, que és la frontera d'intensitat actual en física. A intensitats superiors a 1029 W/cm2, el conegut límit de Schwinger, les partícules es creen directament a partir de la llum del buit i es poden convertir directament en matèria. Això requereix làsers AiW a ZiW.
Comprendre la naturalesa de la matèria i el buit a intensitats superiors a 1024 W/cm2 és un dels reptes destacats de la física moderna. Els làsers d'alta potència també permeten l'estudi de fenòmens astrofísics al laboratori, proporcionant una visió única de l'interior de les estrelles i els orígens de l'univers.