Gli scienziati della Corea del Sud hanno raggiunto un'era importante nella fisica che i ricercatori in questo campo hanno cercato per decenni, creando un laser ad altissima intensità da record.
Le intensità di impulso di oltre 1023 watt per centimetro quadrato sono il risultato di un sistema ottico ad alta tecnologia che focalizza con precisione il raggio su un bersaglio minuscolo e apre possibilità completamente nuove nei campi di ricerca dall'astrofisica alla cura del cancro.
Il risultato è il lavoro dei ricercatori del South Korean Center for Relativistic Laser Science (CoReLS), che hanno lavorato per oltre un decennio per migliorare le prestazioni del laser Hercules presso l'Università del Michigan, che in precedenza deteneva il record per le prestazioni più elevate .
Questa apparecchiatura è in grado di generare fasci con un'intensità di 1022 W / cm2 e per quasi due decenni gli scienziati hanno lavorato per superarla e raggiungere l'obiettivo sfuggente: un raggio laser di 1023 W / cm2. I ricercatori del CoReLS hanno ottenuto questo risultato con un laser a femtosecondi ad altissima potenza da 4 petawatt e un sistema ottico altamente sofisticato per amplificare e focalizzare il fascio.
Il sistema prevede l'utilizzo di una serie di specchi deformabili per correggere la distorsione e creare un laser con un fronte d'onda strettamente controllato, quindi utilizzare un grande specchio parabolico fuori asse per focalizzare il raggio laser di 28 cm su un bersaglio largo appena 1,1 micrometri, meno del cinquanta percento del il diametro dei capelli umani.
Gli scienziati hanno quindi utilizzato una fotocamera e un sensore del fronte d'onda per visualizzare e misurare il raggio laser riflesso, che secondo loro era intenso quanto la messa a fuoco di tutta la luce solare che raggiunge la Terra in un punto di appena 10 micron.
"Questo laser ad alta intensità ci consentirà di studiare fenomeni astrofisici come lo scattering di elettroni-fotone e fotone-fotone in laboratorio", afferma Chang Hee Nam, direttore di CoReLS e professore presso l'Istituto di scienza e tecnologia di Gwangju.
"Possiamo usare questo impulso laser per convalidare sperimentalmente e ottenere l'accesso a idee teoriche, alcune delle quali sono state proposte per la prima volta quasi un secolo fa".
Alcune di queste idee riguardano l'elettrodinamica quantistica ad alto campo, che si ritiene contribuisca ai raggi cosmici estremamente energetici, mentre altre affrontano problemi che sono un po 'più vicini a casa. La radioterapia per il cancro oggi include protoni ad alta energia prodotti da acceleratori che richiedono enormi schermi contro le radiazioni, ma l'uso dei laser per produrre questi protoni potrebbe rendere tali sistemi meno costosi e quindi molto più convenienti.
"Questo impulso laser ad alta intensità ci consentirà di affrontare la scienza nuova e complessa, in particolare l'elettrodinamica quantistica ad alto campo, che è stata occupata principalmente dai teorici", affermano. "Oltre ad aiutarci a comprendere meglio i fenomeni astrofisici, può anche fornire le informazioni necessarie per sviluppare nuove fonti di radioterapia che utilizzano protoni ad alta energia per curare il cancro".
Lo studio è stato pubblicato sulla rivista Optica.
2021-05-09 06:32:51
Autore: Vitalii Babkin