Optisk raket skabt med intens laserlys

I et eksperiment for nylig ved University of Nebraska – Lincoln, plasmaelektroner i stierne til intense laserlyspulser blev næsten øjeblikkeligt accelereret tæt på lysets hastighed.

Fysikprofessor Donald Umstadter, der ledede forskningsforsøget, der bekræftede tidligere teori, sagde, at den nye applikation passende kunne kaldes en "optisk raket" på grund af den enorme mængde kraft, lyset udøvede i forsøget. Elektronerne blev udsat for en kraft, der var næsten en billion-billioner gange større end den, der føltes af en astronaut, der blev sendt ud i rummet.

"Denne nye og unikke anvendelse af intens lys kan forbedre ydeevnen for kompakte elektronacceleratorer, "sagde han." Men det nye og mere generelle videnskabelige aspekt af vores resultater er, at anvendelse af lyskraft resulterede i en direkte acceleration af stof. "

Den optiske raket er det seneste eksempel på, hvordan de kræfter, der udøves af lys, kan bruges som redskaber, Sagde Umstadter.

Normal intensitetslys udøver en lille kraft, når det reflekterer, spredes eller absorberes. En foreslået anvendelse af denne kraft er et "let sejl", der kan bruges til at drive rumfartøjer. Men fordi lyskraften er overordentlig lille i dette tilfælde, det ville skulle udøves kontinuerligt i årevis for rumfartøjet at nå høj hastighed.

En anden form for kraft opstår, når lys har en intensitetsgradient. En anvendelse af denne lyskraft er en "optisk pincet", der bruges til at manipulere mikroskopiske objekter. Her igen, kraften er overordentlig lille.

I Nebraska -eksperimentet, laserpulserne blev fokuseret i plasma. Når elektroner i plasmaet blev fordrevet fra lyspulsernes veje af deres gradientkræfter, plasmabølger blev drevet i pulsenes vågner, og elektroner fik lov til at fange wakefield -bølgerne, som yderligere accelererede elektronerne til ultra-relativistisk energi. Den nye anvendelse af intens lys giver et middel til at styre den indledende fase af wakefield -acceleration og forbedre ydeevnen for en ny generation af kompakte elektronacceleratorer, som forventes at bane vejen for en række applikationer, der tidligere var upraktiske på grund af den enorme størrelse af konventionelle acceleratorer.

Den eksperimentelle forskning blev udført af studerende og forskere i Nebraska, med seniorforsker Grigoroy Golovin, der fungerer som hovedforfatter på papiret, der rapporterer det nye resultat. Finansiering blev ydet af National Science Foundation.

Eksperimentet var baseret på numerisk modellering af forskere fra Shanghai Jiao Tong University i Kina. Umstadter forudsagde teoretisk den underliggende mekanisme for to årtier siden. Resultaterne blev rapporteret i september i tidsskriftet Fysisk gennemgangsbreve .