Verdens første højintensitets laserpulser formet som en proptrækker

University of California San Diego-forskere har beregninger til, hvordan man opretter snoet laserstråler med høj intensitet-en smag af laserpuls, verden sandsynligvis aldrig har set. Disse forskere har også beregnet, hvordan man bruger disse proptrækkerformede laserpulser til at lave banebrydende forskning. Endelig, de har forudsigelser om, hvordan de materialer, de planlægger at "bore" ind i med proptrækker, vil lette pulser reagere.

I øjeblikket, alt dette arbejde lever inden for teori og supercomputersimuleringer. Men det er ved at ændre sig, takket være finansiering fra National Science Foundation (NSF). Et nyt tilskud vil give UC San Diego -forskere mulighed for at samarbejde med eksperimentelle og faktisk køre eksperimenter, der undersøger interaktioner mellem højintensivt snoet lys og stof ved Europas nye, banebrydende Extreme Light Infrastructure (ELI) faciliteter i Rumænien og Tjekkiet. Dette er det første NSF-tilskud til finansiering af amerikanske forskere til at teste deres teoretiske arbejde på ELI-faciliteter.

Alexey Arefiev, en professor i mekanik og rumfartsteknik i UC San Diego, er Principal Investigator på det treårige NSF-tilskud. Hovedparten af ​​det eksperimentelle arbejde vil blive udført på Extreme Light Infrastructure for Nuclear Physics (ELI-NP) i Rumænien, som for nylig havde premiere på sit 10 Petawatt højeffektlasersystem.

"Det er meget svært at lave snoet lys med høj intensitet. Konventionelle metoder til vridning af lys er ikke anvendelige, "sagde Arefiev." Vi er begejstrede for at have disse muligheder. Du skal eksperimentelt teste dit teoretiske arbejde, da dette er den eneste måde at forbedre din forståelse af, hvordan naturen rent faktisk fungerer. "

Grundlæggende indsigt i atomfysik og astrofysik kan komme ud af dette arbejde. Forskningen kan også føre til indsigt, der er nyttig til ikke-invasive tumorterapier. Især:det snoede lys kan bruges til at forbedre ionstråleegenskaberne, der er nødvendige for protonterapier.

"Årevis, Alexey Arefiev har været i spidsen for modelleringsarbejde for lys-stof-interaktioner ved ekstreme intensiteter. Muligheden for at teste dette teoretiske arbejde vil flytte hele feltet af lysstofinteraktioner med ekstreme intensiteter fremad. Dette er et godt eksempel på det allerbedste, internationale forskningssamarbejde kan tilbyde, "sagde Vyacheslav (Slava) Lukin, en programdirektør for Plasma Physics -programmet ved National Science Foundation.

Det unikke samarbejde voksede ud af en indsats fra det amerikanske udenrigsministerium for at tilskynde til internationalt videnskabeligt samarbejde gennem en US-ELI dialog.

UC San Diego -teamet vil samarbejde med et team ledet af Dan Stutman, en forsker ved Johns Hopkins University, der også er seniorforsker og leder af atomfysisk lasereksperimenter ved ELI-NP. Det teoretiske arbejde ved UC San Diego vil også hjælpe med at guide og benchmarke igangværende forskning om højintensitet og højenergi snoet lys på ELI-NP- og CETAL-PW laserfaciliteterne i Rumænien-arbejde, der ledes af Stutman og finansieres af Rumænsk ministerium for forskning og innovation.

Corkscrew Laser Pulser

Den teoretiske køreplan for oprettelse af proptrækkers lys bygger på arbejde udført af Yin Shi, en postdoktoral forsker i Arefievs Relativistic Laser-Plasma Simulation Group ved UC San Diego Jacobs School of Engineering og en tidligere modtager af Newton International Fellowship fra Royal Society (UK).

"Vi skal endelig finde ud af, hvad vi gør og forstår ikke om proptrækkerlys. Denne chance for faktisk at skabe, studere og teste disse særlige laserpulser er en utrolig mulighed både intellektuelt og hvad angår min karriere, "sagde Shi." Jeg ser frem til at få mest muligt ud af ELI -lasere og forskerhold. "

Når proptrækkerlyset er genereret, Arefiev og hans team vil samarbejde med eksperimentelle for at sikre, at disse højintensive laserpulser interagerer med de materialer, de undersøger på måder, der genererer magnetfelter, der aldrig før er blevet produceret. Dette indebærer at sikre, at den orbitale vinkelmoment, der giver disse ultrakorte pulser deres proptrækkerform, faktisk overføres til plasmamaterialet.

Endelig, teamet har forudsigelser om, hvordan magnetfelterne vil påvirke ionenes dynamik.

"Der er så meget fysik, der mangler at blive opdaget. Der er så meget, vi ikke ved om, hvordan laserpulser med orbitalt vinkelmoment vil opføre sig, hvordan den orbitale vinkelmoment vil overføres til plasmamaterialer, og hvordan det vil påvirke iontransport, "sagde Arefiev." Livet er fuld af overraskelser, dette eksperimentelle arbejde kan føre til mange nye opdagelser. "