Ученые создали «оптическую ракету» при помощи интенсивного лазера

В недавнем эксперименте, проведенном в Университете Небраски-Линкольна, электроны плазмы в импульсных потоках интенсивного лазерного света моментально разогнались почти до скорости света
В недавнем эксперименте, проведенном в Университете Небраски-Линкольна, электроны плазмы в импульсных потоках интенсивного лазерного света моментально разогнались почти до скорости света

Профессор физики Дональд Умштадтер, руководящий экспериментальным исследованием, утверждает, что такой результат можно назвать «оптической ракетой» из-за невероятного объема силы, оказанного светом. Электроны подвергли силе почти в триллион триллионов раз превышающей ту, что испытывают астронавты при запуске ракеты в космос. О результатах работы рассказано в статье журнала Physical Review Letters.

«Это новое и уникальное применение интенсивного света может улучшить работу компактных электронных ускорителей, — говорит доктор Умштадтер. — Однако новаторский и более общий научный аспект наших результатов заключается в том, что применение силы света привело к прямому ускорению материи».

Свет обычной интенсивности проявляет небольшую силу при отражении, рассеивании или абсорбции. Одно из предположительных применений такой силы — «световой парус», который можно использовать для приведения в движение космического аппарата. Но из-за незначительной величины силы света в этом случае излучение приходилось бы поддерживать в течение многих лет, прежде чем аппарат достиг бы высокой скорости.

Схема эксперимента
Схема эксперимента

При наличии градиента интенсивности у света возникает еще один тип силы. Результаты эксперимента можно также использовать для «оптического пинцета», применяемого для манипуляции микроскопическими объектами. Но, опять же, значения силы здесь невероятно малы.

В рассматриваемой работе лазерные пульсы были сфокусированы на плазме. Когда электроны в ней выталкивались из потоков световых пульсов их градиентными силами, в волнах импульсов производились плазменные волны, а электроны могли улавливать кильватерные волны, что, в свою очередь, ускоряло электроны до ультрарелятивистских энергий. Новое применение интенсивного света предоставляет средство для управления начальной фазой кильватерного ускорения и улучшения работы нового поколения компактных электронных ускорителей, которые должны дать начало спектру применений, ранее бывших непрактичными из-за огромных размеров традиционных ускорителей.