Rekordný laserový pulz umožňuje študovať astrofyzikálne javy v laboratóriu

Vedci preukázali rekordne vysoké intenzity laserového pulzu viac ako 10²³ Š / cm² Používanie laseru Petawet v Centre pre relatívnu laserovú vedu (CoReLS) pre základné vedy v Kórejskej republike. Intenzitu tohto laseru trvalo viac ako desať rokov, čo je desaťkrát viac, ako uviedol tím z roku 2004 na University of Michigan. Tieto svetelné impulzy s veľmi vysokou intenzitou nie je možné odhaliť zložité interakcie medzi svetlom a hmotou.

Výkonné lasery možno použiť na vyšetrovanie udalostí, o ktorých sa predpokladá, že sú zodpovedné za vysoko výkonné kozmické žiarenie, ktoré má energiu viac ako jedného kvadriliónu (1015) elektrovoltov (EV). Aj keď vedci vedia, že tieto lúče pochádzajú odniekiaľ mimo našej slnečnej sústavy, to, ako sa vyrábajú a čo ich robí, je už dlho záhadou.

„Tento vysokointenzívny laser nám umožní vyšetrovať v laboratóriu astronomické javy, ako je rozptyl elektrónov a fotónov a fotónov,“ uviedol riaditeľ Kongresu a technologického inštitútu v Gwangju Chang Hee Nam. „Môžeme ho teoreticky použiť na otestovanie a získanie teoretických myšlienok, z ktorých niektoré boli prvýkrát navrhnuté takmer pred sto rokmi.“

V OptickéV časopise Optical Society for High Impact Research (OSA) vedci uvádzajú výsledky dlhoročnej práce na zvýšení intenzity laserových impulzov z laserov CoReLS. Štúdium interakcií laserovej hmoty si vyžadovalo úzko zameraný laserový lúč a vedci dokázali zamerať laserové impulzy na veľkosť bodu niečo vyše jedného mikrónu, čo je menej ako priemer ľudského vlasu. Jeden bol päťdesiaty. Nová rekordná intenzita lasera je porovnateľná so zameraním všetkého svetla dopadajúceho na Zem zo slnka na miesto s veľkosťou 10 mikrónov.

Vedci vyrobili vysoko intenzívne impulzy pomocou laseru PetaVet (na snímke) v Centre pre relatívnu laserovú vedu (CoReLS) v Kórejskej republike. Tento vysokointenzívny laser umožní vedcom skúmať v laboratóriu astronomické javy, ako je rozptyl elektrónov a fotónov a fotónov a fotónov. S pozdravom: Chang Hee Nam, CoReLS

„Tento vysoko intenzívny laser nám umožní zaoberať sa novými a náročnými vedami, najmä kvantovou elektrodynamikou silného poľa, ktorými sa zaoberajú hlavne teoretici,“ uviedol Nam. „Okrem toho, že nám pomáha lepšie porozumieť astrologickým javom, môže poskytnúť aj informácie potrebné na vývoj nových zdrojov pre typ radiačnej liečby, pri ktorej sa na liečbu rakoviny používajú vysokoenergetické protóny.“

Urobte strukoviny pikantnejšie

Nový úspech posúva predošlú prácu, v ktorej vedci demonštrovali femtosekundový laserový systém založený na Ty: Sapphire, ktorý produkuje 4 pulzy (PW) kratšie ako 20 pettisekúnd so zameraním na 1 mikrometerový bod. Tento laser, ktorý bol údajne uvedený v roku 2017, vyprodukoval laserový impulz asi 1 000-krát väčší ako všetka elektrická energia Zeme, ktorý trvá iba dvadsaťjeden kvadriliónov sekúnd.

Na výrobu vysoko intenzívnych laserových impulzov na cieľ musia byť generované optické impulzy zaostrené veľmi pevne. V tejto novej práci vedci implementovali systém adaptívnej optiky na kompenzáciu optického skreslenia. Systém obsahuje deformovateľné zrkadlá – ktoré majú kontrolovateľný tvar odraznej plochy – na korekciu deformácií v laseri a generovanie lúča s veľmi dobre regulovaným tvarom vlny. Potom použil veľké mimoosové parabolické zrkadlo, aby dosiahol veľmi pevné zaostrenie. Tento proces vyžaduje jemné zaobchádzanie so zaostreným optickým systémom.

Komora na interakciu laser-hmota na akceleráciu protónov s ohniskovou intenzitou väčšou ako 10²³ Š / cm² F / 1,1 sa demonštrovalo tesným zaostrením viacsvetelného laserového lúča s mimoosovými parabolickými zrkadlami. S pozdravom: Chang Hee Nam

„Naše dlhoročné skúsenosti s vývojom výkonového lasera UltraG umožnili PW laseru prenášať laserovú intenzitu až na mikrometrické miesto s veľkosťou lúča 28 centimetrov, čo umožňovalo prekročiť 10“²³ Š / cm², “Povedal Nam.

Štúdium vysokoenergetických procesov

Vedci používajú tieto vysoko intenzívne impulzy s energiami väčšími ako 1 GeV (109 eV) a pracujú v nelineárnom režime, v ktorom elektrón naráža súčasne s niekoľkými stovkami laserových fotónov. Tento proces je typom kvantovej elektrodynamiky silného poľa nazývaného nelineárny Comptonov rozptyl, o ktorom sa predpokladá, že prispieva k vytváraniu extrémne energetických kozmických lúčov.

Na urýchlenie protónu tiež použijú radiačný tlak vytváraný laserom s vysokou intenzitou. Pochopenie toho, ako k tomuto procesu dochádza, môže pomôcť vyvinúť nový laserový zdroj protónov na liečbu rakoviny. Zdroje používané pri dnešnej liečbe žiarením sa generujú pomocou urýchľovača, ktorý vyžaduje obrovský radiačný štít. Očakáva sa, že laserový zdroj protónov zníži náklady na systém, čím sa protónový onkologický prístroj stane lacnejším a tým pádom aj širšie dostupným pre pacientov.

Vedci pokračujú vo vývoji nových nápadov na ďalšie zvýšenie intenzity lasera bez výrazného zväčšenia veľkosti laserového systému. Jedným zo spôsobov, ako to dosiahnuť, je nový spôsob zníženia trvania laserového impulzu. Pretože sú v súčasnosti v prevádzke lasery s výkonom od 1 do 10 PW a je plánovaných veľa zariadení s výkonom 100 PW, nie je pochýb o tom, že v blízkej budúcnosti dôjde k výraznému pokroku vo fyzike vysokej intenzity.

Odkaz: „Realizuje viac ako 10 intenzít lasera²³ Š / cm²„Autori: JW Yoon, YG Kim, IW Choi, JH Sung, HW Lee, SK Lee, CH Nam, 6. mája 2021 Optické.
DOI: 10.1364 /Optika.Je 420520