Genskab betingelser inde i stjerner med kompakte lasere

Energitætheden indeholdt i midten af ​​en stjerne er højere, end vi kan forestille os - mange milliarder atmosfærer, sammenlignet med den 1 atmosfære af tryk, vi lever med her på Jordens overflade.

Disse ekstreme forhold kan kun genskabes i laboratoriet gennem fusionsforsøg med verdens største lasere, som er på størrelse med stadioner. Nu, forskere har udført et eksperiment ved Colorado State University, der tilbyder en ny vej til at skabe sådanne ekstreme forhold, med meget mindre, kompakte lasere, der bruger ultrakorte laserimpulser, der bestråler arrays af justerede nanotråde.

Eksperimenterne, ledet af University Distinguished Professor Jorge Rocca i afdelingerne for elektro- og computerteknik og fysik, nøjagtigt målt, hvor dybt disse ekstreme energier trænger ind i nanostrukturerne. Disse målinger blev foretaget ved at overvåge de karakteristiske røntgenstråler, der udsendes fra nanowire-arrayet, hvor materialesammensætningen ændres med dybden.

Numeriske modeller valideret af eksperimenterne forudsiger, at stigende bestrålingsintensiteter til de højeste niveauer, der er muliggjort af nutidens ultrahurtige lasere, kan generere tryk, der overgår dem i midten af ​​vores sol.

Resultaterne, offentliggjort 11. januar i tidsskriftet Videnskabens fremskridt , åbne en vej til at opnå et hidtil uset tryk i laboratoriet med kompakte lasere. Arbejdet kunne åbne ny undersøgelse af højenergitæthedsfysik; hvordan højt ladede atomer opfører sig i tætte plasmaer; og hvordan lys forplanter sig ved ultrahøje tryk, temperaturer, og tætheder.

At skabe stof i regimet med ultrahøj energitæthed kunne informere studiet af laserdrevet fusion - ved hjælp af lasere til at drive kontrollerede kernefusionsreaktioner - og til yderligere forståelse af atomare processer i astrofysiske og ekstreme laboratoriemiljøer.

Evnen til at skabe stof med ultrahøj energitæthed ved hjælp af mindre faciliteter er derfor af stor interesse for at gøre disse ekstreme plasmaregimer mere tilgængelige for grundlæggende undersøgelser og anvendelser. En sådan applikation er den effektive konvertering af optisk laserlys til lyse glimt af røntgenstråler.

Arbejdet var en multi-institutionel indsats ledet af CSU, der omfattede kandidatstuderende Clayton Bargsten, Reed Hollinger, Alex Rockwood, og bachelor David Keiss, alle arbejder med Rocca. Også involveret var forskere Vyacheslav Shlyapsev, der arbejdede med modellering, og Yong Wang og Shoujun Wang, alle fra samme gruppe.

Medforfatterskabet omfattede Maria Gabriela Capeluto fra University of Buenos Aires, og Richard London, Riccardo Tommasini og Jaebum Park fra Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL). Numeriske simuleringer blev udført af Vural Kaymak og Alexander Pukhov fra Heinrich-Heine University i Düsseldorf, ved hjælp af atomare data af Michael Busquet og Marcel Klapisch fra Artep, Inc.