På vej mod en tsunami af lys

Forskere ved Chalmers University of Technology og University of Gothenburg, Sverige, har foreslået en måde at skabe en helt ny strålingskilde på. Ultraintensive lysimpulser består af bevægelsen af ​​en enkelt bølge og kan beskrives som en tsunami af lys. Den stærke bølge kan bruges til at studere interaktioner mellem stof og lys på en unik måde.

"Denne strålekilde lader os se på virkeligheden gennem en ny vinkel - det er som at vride et spejl og opdage noget helt andet, " siger Illia Thiele, en teoretisk fysiker ved Chalmers Tekniske Universitet.

Sammen med Dr. Evangelos Siminos ved Göteborgs Universitet, og Tünde Fülöp, Professor i fysik på Chalmers, Illia Thiele har præsenteret en teoretisk metode til at skabe den hurtigst mulige enkeltbølgebevægelse. Denne form for stråling er aldrig blevet observeret i universet eller endda i laboratoriet.

Strålingskilden er interessant for at forstå materialernes egenskaber. Da det giver en ultrahurtig omskiftning af lysstofinteraktioner, det kan være nyttigt inden for materialevidenskab eller sensorrelateret forskning, for eksempel. I øvrigt, den kan bruges som driver for andre typer stråling og til at skubbe grænserne for, hvor kort en lysimpuls kan være.

"En ultraintensiv puls er som en stor tsunami af lys. Bølgen kan trække en elektron ud af et atom, accelerere det til næsten lysets hastighed, skaber eksotiske kvantetilstande. Dette er den hurtigste og stærkeste kontakt muligt, og det baner vejen for fremskridt inden for grundforskning, "siger Dr. Illia Thiele.

De nye pulser kan bruges til at sonde og kontrollere stof på unikke måder. Mens andre lyspulser med flere bølgeperioder påfører ændringer i materialegenskaberne gradvist, pulser med en enkelt stærk bølge periode forårsager pludselige og uventede reaktioner. Forskere verden over har forsøgt at skabe denne kilde til stråling, da det er af stor interesse for de videnskabelige samfund inden for fysik og materialevidenskab.

"Nu, vi håber at kunne bringe vores teoretiske setup til laboratoriet. Vores metode kunne hjælpe med at lukke de eksisterende huller i det videnskabelige landskab for lyskilder, ”siger Tünde Fülöp.

Papiret, "Elektronstråledrevet generering af frekvensjusterbare isolerede relativistiske undercyklusimpulser" er udgivet i Fysisk gennemgangsbreve .

Den nye metode til at skabe ultraintensive lysimpulser

Forskerne foreslår en metode til generering af ultraintense lysimpulser, der indeholder mindre end en enkelt oscillation af det elektromagnetiske felt. Disse såkaldte subcykluspulser kan bruges til at sonde og kontrollere stof på unikke måder. Konventionelle metoder kan kun producere undercyklusimpulser med begrænset feltstyrke:over en vis tærskel, det forstærkende medium ville blive ioniseret af de intense felter. Forskerne foreslår at bruge en elektronstråle i et plasma, som ikke er underlagt en skadesgrænse, som et forstærkningsmedium for en frøelektromagnetisk puls.

For at sikre, at energi overføres fra elektronstrålen til pulsen på en sådan måde, at der dannes en subcykluspuls, strålen skal introduceres i en passende fase af oscillationen af ​​det elektromagnetiske felt. Dette kan opnås ved at bruge et spejl til at reflektere frøpulsen, mens elektronstrålen injiceres. Dette scenario fører til betydelig forstærkning af frøpulsen og dannelsen af ​​en intens, isoleret, sub-cyklus puls. Let tilgængelige terahertz-frøpulser og elektronbunker fra laser-plasma-acceleratorer kan generere mellem-infrarøde subcykluspulser med energier på millijoule-niveau, som er yderst ønskelige som sondestoffer, men ikke er mulige at fremstille med konventionelle kilder.