Wissenschaftler aus Südkorea haben eine wichtige Ära in der Physik erreicht, die Forscher auf diesem Gebiet seit Jahrzehnten anstreben, um einen Rekordlaser mit ultrahoher Intensität zu entwickeln.
Pulsintensitäten von mehr als 1023 Watt pro Quadratzentimeter sind das Ergebnis eines optischen High-Tech-Systems, das den Strahl präzise auf ein winziges Ziel fokussiert und völlig neue Möglichkeiten in Forschungsbereichen von der Astrophysik bis zur Krebsbehandlung eröffnet.
Der Erfolg ist die Arbeit von Forschern des Südkoreanischen Zentrums für Relativistische Laserwissenschaft (CoReLS), die seit über einem Jahrzehnt daran arbeiten, die Leistung des Hercules-Lasers an der Universität von Michigan zu verbessern, die zuvor den Rekord für die höchste Leistung hielt .
Dieses Gerät kann Strahlen mit einer Intensität von 1022 W / cm2 erzeugen. Seit fast zwei Jahrzehnten arbeiten Wissenschaftler daran, diese zu übertreffen und das schwer fassbare Ziel zu erreichen - einen Laserstrahl von 1023 W / cm2. Die CoReLS-Forscher erreichten dies mit einem 4-Petawatt-Femtosekundenlaser mit ultrahoher Leistung und einem hochentwickelten optischen System zur Verstärkung und Fokussierung des Strahls.
Das System umfasst die Verwendung einer Reihe verformbarer Spiegel zur Korrektur von Verzerrungen und die Erzeugung eines Lasers mit einer streng kontrollierten Wellenfront. Anschließend wird der 28-cm-Laserstrahl mithilfe eines großen außeraxialen Parabolspiegels auf ein Ziel mit einer Breite von nur 1,1 Mikrometern fokussiert, was weniger als fünfzig Prozent von entspricht der Durchmesser. menschliches Haar.
Die Wissenschaftler verwendeten dann eine Kamera und einen Wellenfrontsensor, um den reflektierten Laserstrahl abzubilden und zu messen. Sie sagten, er sei so intensiv wie das Fokussieren des gesamten Sonnenlichts, das die Erde erreicht, auf einen Punkt von nur 10 Mikrometern Größe.
„Mit diesem Hochintensitätslaser können wir astrophysikalische Phänomene wie Elektronenphotonen- und Photonenphotonenstreuung im Labor untersuchen“, sagt Chang Hee Nam, Direktor von CoReLS und Professor am Gwangju-Institut für Wissenschaft und Technologie.
"Wir können diesen Laserpuls verwenden, um theoretische Ideen, von denen einige vor fast einem Jahrhundert erstmals vorgeschlagen wurden, experimentell zu validieren und Zugang zu ihnen zu erhalten."
Einige dieser Ideen betreffen die Hochfeld-Quantenelektrodynamik, von der angenommen wird, dass sie zu den extrem energetischen kosmischen Strahlen beiträgt, während andere Probleme ansprechen, die etwas näher an der Heimat liegen. Die Strahlentherapie bei Krebs umfasst heutzutage hochenergetische Protonen, die von Beschleunigern erzeugt werden, die große Strahlenschutzschilde benötigen. Die Verwendung von Lasern zur Herstellung dieser Protonen könnte solche Systeme jedoch kostengünstiger und daher viel erschwinglicher machen.
"Dieser hochintensive Laserpuls wird es uns ermöglichen, neue und komplexe wissenschaftliche Erkenntnisse zu entwickeln, insbesondere die Hochfeld-Quantenelektrodynamik, die hauptsächlich von Theoretikern genutzt wurde", sagen sie. "Zusätzlich zum besseren Verständnis astrophysikalischer Phänomene kann es auch die Informationen liefern, die für die Entwicklung neuer Strahlentherapiequellen erforderlich sind, bei denen energiereiche Protonen zur Behandlung von Krebs eingesetzt werden."
Die Studie wurde in der Zeitschrift Optica veröffentlicht.
2021-05-09 06:32:51
Autor: Vitalii Babkin