Tým vědců z University of Nebraska - Lincoln nedávno provedl experiment, kdy byli schopni urychlit plazmové elektrony tak, aby se přiblížily rychlosti světla. Tato „optická raketa“, která tlačila elektrony silou o bilion bilionůkrát větší, než je energie generovaná konvenční raketou, by mohla mít vážné důsledky pro všechno od cestování vesmírem po výpočetní techniku a nanotechnologii.
Pokud jde o budoucnost výzkumu vesmíru a vědeckého výzkumu, je jasné, že světlo bude hrát zásadní roli. Na jedné straně kosmické agentury vyšetřují „optickou komunikaci“ - posílají informace pomocí laserů - aby zvládly rostoucí množství datových misí, které budou shromažďovat a odesílat na Zemi. Na druhé straně vědci a inženýři hledají lasery, které provádějí mikroskopické manipulace s hmotou a optickými počítači.
Jednou z hlavních výzev u těchto druhů aplikací však byla velikost zapojeného zařízení. Co to přijde, je skutečnost, že konvenční, vysoce energetické lasery jsou obecně velké a drahé. Schopnost zmenšit proces, ve kterém se světlo používá ke zrychlení částic, by pro vědce nebyla jen přínosem, ale také by mohla vést k nespočetným novým aplikacím.
Přesně to udělal tým z laboratoře Extreme Light Laboratory (ELL) UNL pomocí laboratorního laseru Diocles Laser. Tento rentgenový laser, který je deset miliónkrát jasnější než slunce, byl použit k zaostření rychlých laserových pulzů na plazmové elektrony - proces známý jako zrychlení wakefieldem (nebo zrychlení elektronů). Studie, která popisuje jejich zjištění, se nedávno objevila v EU Dopisy fyzické kontroly.
Světlo obvykle působí malou silou všude, kde se odráží, rozptýlí nebo absorbuje. I když je síla mimořádně malá, může mít kumulativní účinek, je-li správně a nepřetržitě zaostřena. Během experimentu tým zjistil, že světelné pulzy způsobily vytlačování elektronů v plazmě z dráhy pulsů a vytvářením plazmatických vln.
Elektrony také nabíraly další zrychlení z těchto „wakefieldových vln“, které je přivedlo k ultr relativistickým rychlostem (tj. Blízko rychlosti světla). Jak řekl Donald Umstadter, ředitel Extreme Light Laboratory, v tiskové zprávě Nebraska Today:
„Tato nová a jedinečná aplikace intenzivního světla může zlepšit výkon kompaktních urychlovačů elektronů. Novým a obecnějším vědeckým aspektem našich výsledků je však to, že použití síly světla vedlo k přímému zrychlení hmoty. “
Tento nový experiment účinně prokázal schopnost řídit počáteční fázi zrychlení wakefieldem, což by mohlo zlepšit výkon kompaktních urychlovačů elektronů. To bylo významné v tom, že má četné aplikace, které dříve nebyly možné, kvůli obrovské velikosti konvenčních elektronových urychlovačů.
Jedna taková aplikace je známá jako „optická pinzeta“, proces, při kterém se světlo používá k manipulaci s mikroskopickými objekty. Další možnou aplikací je koncept známý jako „světelná plachta“ (aka. Solární nebo fotonová buňka), metoda kosmického pohonu, při které je zaostřený laserový paprsek používán k urychlení reflexní plachty na neuvěřitelné rychlosti.
Jedním z takových příkladů je Breakthrough Starshot, navrhovaná kosmická loď vyvinutá společností Breakthrough Initiatives - nezisková organizace založená ruským miliardářem Yuri Milnerem. Tato kosmická loď, sestávající z nanocraftů tažených mířidlem, by spoléhala na zaostřené lasery, aby je urychlila na relativistické rychlosti (20% rychlost světla). Při této rychlosti by se plavidlo mohlo vydat na cestu do Alpha Centauri za pouhých 20 let a mohlo by poslat zpět obrázky všech exoplanet tam (včetně Proxima b).
Mezitím bude tento experiment pravděpodobně otevřen některým vážným výzkumným příležitostem pro částicové fyziky. Studii vedl Grigoroy Golovin, postdoktorský pracovník z University of Nebraska-Lincoln (UNL) Extreme Light Laboratory (ELL), a zahrnovalo několik vědců z ELL a Shanghai Jiao Tong University.
