Det er lykkedes for forskere direkte at observere dannelsen og interaktionen af ​​højt ioniseret kryptonplasma

Det sidste årti har været præget af en række bemærkelsesværdige opdagelser, der identificerer, hvordan universet er sammensat. Det er underforstået, at det mystiske stof mørkt stof udgør 85 % af stoffet i universet. Observerbart stof i universet består af ioniserede partikler. Dermed, en dyb forståelse af ioniseret stof og dets interaktion med lys, kunne føre til en dybere forståelse af de forhold på spil, der dannede universet. Mens ioniseret stof, eller plasma, er relativt let at generere i laboratoriet, at studere det er ekstremt udfordrende, da metoder, der kan fange ioniseringstilstande og tæthed, stort set ikke eksisterer.

I et nyt blad udgivet i Lysvidenskab og anvendelse , et team af forskere er lykkedes med direkte at observere dannelsen og interaktionen af ​​højt ioniseret kryptonplasma ved hjælp af femtosekund kohærent ultraviolet lys og en ny firedimensionel model.

Otte gange ioniserede kryptonioner som lasermedium

I deres arbejde, forskerne anvender en laser-plasmaforstærker, der bruger otte gange ioniserede kryptonioner som lasermedium. Derefter sender de en sammenhængende ekstrem ultraviolet probepuls ind i dette plasma, der opfanger signaturer af plasmaforholdene, mens det forplanter sig gennem den lasergenererede plasmasøjle. Denne ekstreme ultraviolette probeimpuls analyseres derefter ved at diffraktere den fra et velkarakteriseret mål i nanoskala. Denne metode, kendt som kohærent diffraktionsbilleddannelse, giver mulighed for måling af egenskaberne af sondepulsen, der bærer information om plasmaet med meget høj opløsning. "At bruge en ekstrem ultraviolet sondepuls med en bølgelængde kort nok til, at plasmaet bliver gennemsigtigt til at afhøre det dannede plasma, er nøglen, " forklarer prof. Dr. Michael Zuerch fra University of California i Berkeley.

Uventet opdagelse

"Overraskende nok, vi fandt et ikke-trivielt rumligt modulationsmønster, der er uventet i en bølgeledergeometri. Ved at bruge en tilpasset ab initio-teori, der modellerer plasma-lys-interaktionen i fire dimensioner på tværs af flere skalaer, kan vi finde fremragende overensstemmelse med vores eksperimentelle data. Dette har gjort det muligt for os at tilskrive det observerede signal til en stærkt ikke-lineær adfærd i laser-plasma-interaktion, der genererer det højioniserede kryptonplasma, " uddyber Zuerch.

Den eksperimentelle tilgang, der let kan tilpasses til andre relevante scenarier, validerer de avancerede ab initio-modeller, der bruges til at simulere laser-plasma-interaktionen og mere generelt dannelsen af ​​højtioniseret plasma. En vigtig forgrening af resultaterne viser, at du ikke kan skabe vilkårligt ioniserede plasmaer ved hjælp af optiske teknikker.

"Den udviklede model vil give mulighed for at forudsige opnåelige forhold nøjagtigt og giver håb om, at meget definerede plasmabetingelser kan skabes ved passende laserstråleformning, " siger prof. Dr. Christian Spielmann fra University of Jena. Zuerch opsummerede udsigterne for arbejdet:"Ud over en mere dybtgående forståelse af laser-plasma-interaktioner, vores resultater har indflydelse, for eksempel, om opskalering af plasmabaserede røntgenlyskilder eller plasmabaserede fusionseksperimenter."