De interactie van krachtige laserlichtbronnen met materie heeft geleid tot tal van toepassingen, waaronder; snelle ionenversnelling; intense röntgenfoto, Gamma-straal, positron- en neutronengeneratie; en op snelle ontsteking gebaseerde laserfusie. Deze toepassingen vereisen een goed begrip van energieabsorptie en impulsoverdracht van de lasers met hoge intensiteit naar plasmadeeltjes.

Een groep Japanse onderzoekers onder leiding van de Universiteit van Osaka heeft voorgesteld dat stoffen die worden verwarmd met krachtige lasers een plasmatoestand onder ultrahoge druk produceren, vergelijkbaar met die in de centra van sterren, en dat de oppervlaktespanning van het plasma licht kan terugdringen. Aangezien lasers met energieën die in staat waren om materiaal voldoende te verwarmen om deze druk te creëren tot op heden niet beschikbaar waren, het proces was niet overwogen. Hun werk gepubliceerd in Natuurcommunicatie beschrijft hun theorie en ondersteunende simulaties.

"Het begrijpen van extreme hogedruktoestanden die worden gecreëerd door laserlicht dat in wisselwerking staat met materialen is cruciaal voor op laser gebaseerde toepassingen, " Co-auteur Yasuhiko Sentoku zegt. "Onze theorie stelt voor dat het steiler worden van oppervlakteplasma door intense laser, d.w.z., gat saai, wordt uiteindelijk gestopt door ultrahoge plasmadruk, en een nieuwe fase van plasmaverwarming verschijnt."

Ze hebben de limietdichtheid afgeleid voor het boren van lasergaten, wat overeenkomt met de maximale plasmadichtheid die laserlicht kan bereiken. Ze ontdekten dat na het bereiken van de dichtheidslimiet, het oppervlakteplasma begint uit te blazen naar de laser, zelfs als de laser het plasma continu bestraalt.

De theorie van de onderzoekers verklaart de overgang naar blowout in termen van een evenwichtsrelatie tussen de druk van het laserlicht en die van het oppervlakteplasma. De theorie biedt een richtlijn voor het beheersen van elektronenenergie die belangrijk is voor toepassingen zoals ionenversnelling en het creëren van paarplasma.

"We hebben ook de tijdschaal afgeleid voor de overgang van het boren van gaten naar het uitblazen, wat aantoont dat onze bevindingen van toepassing zullen zijn op laserexperimenten van meerdere picoseconden, " zegt hoofdauteur Natsumi Iwata. "We hopen dat ons werk een basis zal bieden voor toepassingsgericht onderzoek, bijvoorbeeld laser geïnitieerde kernfusie."