Op weg naar een tsunami van licht

15 mei 2019, 15:25
 Afbeelding: Chalmers University
 Afbeelding: Chalmers University
Onderzoekers bij Chalmers University of Technology en de University of Gotenburg in Zweden, hebben een manier voorgesteld om een tot nu toe onbekende bron van straling te maken. De ultra-intensieve lichtpulsen bestaan uit één golf en kunnen worden beschreven als een tsunami van licht. De krachtige golf kan worden gebruikt om interacties tussen materie en licht op een unieke manier te onderzoeken. Hun onderzoek is nu gepubliceerd in het wetenschappelijke tijdschrift Physical Review Letters.

“Met deze stralingsbron kunnen we de werkelijkheid onder een nieuwe hoek bekijken, alsof je een spiegel omdraait en opeens iets heel nieuws ontdekt,” zegt Illia Thiele, een theoretisch fysicus van Chalmers University of Technology.

Samen met Dr Evangelos Siminos van de University of Gotenburg en Tünde Fülöp, Professor of Physics bij Chalmers, presenteert Illia Thiele nu een theoretische methode voor het opwekken van de snelst mogelijke enkele golfbeweging. Dit soort straling is nog nooit waargenomen in het heelal of zelfs in het laboratorium.

De stralingsbron is interessant voor onderzoek naar de eigenschappen van verschillende materialen. Omdat het een ultrasnelle schakeling van de interactie tussen licht en materie biedt, kan het nuttig zijn in de materiaalwetenschap, of bijvoorbeeld bij onderzoek naar sensoren. Verder kan het worden gebruikt als driver voor andere soorten straling. Het verruimt de grenzen van hoe kort een lichtpuls kan zijn.

“Een ultra-intense puls is te vergelijken met een geweldige tsunami van licht. De golf kan een elektron lostrekken uit een atoom, en het versnellen tot bijna de lichtsnelheid, waardoor exotische quantumtoestanden ontstaan. Dit is de snelste en krachtigste schakeling die mogelijk is en het opent de weg voor vooruitgang in fundamenteel onderzoek,” verklaarde Dr Illia Thiele.

De nieuwe pulsen kunnen worden gebruikt om materie op unieke manieren te onderzoeken en manipuleren. Andere lichtpulsen, die bestaan uit meerdere golfperioden, brengen geleidelijke veranderingen aan in de eigenschappen van materiaal; pulsen met één sterke golfperiode veroorzaken plotselinge, onverwachte reacties.

Onderzoekers in de hele wereld hebben geprobeerd een dergelijke stralingsbron te maken, omdat die heel interessant is voor wetenschappers in de natuurkunde en materiaalkunde.

“We hopen nu onze theorie naar het laboratorium te brengen. Onze methode zou kunnen helpen om bestaande leemtes in het wetenschappelijk landschap van lichtbronnen op te vullen,” aldus Tünde Fülöp.

Lees het wetenschappelijk rapport Electron beam driven generation of frequency-tunable isolated relativistic sub-cycle pulses in Physical Review Letters.

Een meer gedetailleerde beschrijving van de nieuwe methode voor het maken van ultra-intense lichtpulsen

De onderzoekers stellen een methode voor voor het genereren van ultra-intense lichtpulsen die minder dan één golf van het elektromagnetisch veld bevatten. Deze zogenaamde sub-cycle-pulsen kunnen worden gebruikt om materie op unieke manieren te onderzoeken en manipuleren. Met conventionele methodes zijn alleen sub-cycle-pulsen met een beperkte veldsterkte te produceren: boven een bepaalde drempelwaarde zou het versterkende medium worden geïoniseerd door de intense velden. De onderzoekers stellen voor om een elektronenstraal in een plasma te gebruiken. Het plasma wordt niet beschadigd als het wordt gebruikt als versterkend medium voor een elektromagnetische zaaipuls. Om er zeker van te zijn dat de energie zó wordt overgedragen van de elektronenstraal naar de puls dat er een sub-cycle-puls wordt geproduceerd, moet de straal worden ingevoerd bij een de juiste fase van de oscillatie van het elektromagnetische veld. Dat kan worden bereikt door de zaaipuls te reflecteren met behulp van een spiegel terwijl de elektronenstraal wordt geïnjecteerd. Dit leidt tot een aanzienlijke versterking van de zaaipuls en de vorming van een intense, geïsoleerde, sub-cycle-puls. Gemakkelijk beschikbare Terahertz-zaaipulsen en elektronengroepen van laser-plasmaversnellers zouden mid-infrarood sub-cycle-pulsen kunnen genereren met een energieniveau van enkele millijoules, die heel nuttig zijn bij het onderzoeken van materie, maar niet kunnen worden geproduceerd met conventionele bronnen.
 
Reacties worden ingeladen...
gerelateerde items