In een recent experiment aan de Universiteit van Nebraska-Lincoln, plasma-elektronen in de paden van intense laserlichtpulsen werden bijna onmiddellijk versneld tot bijna de lichtsnelheid.

Natuurkunde professor Donald Umstadter, die het onderzoeksexperiment leidde dat de vorige theorie bevestigde, zei dat de nieuwe toepassing met recht een "optische raket" zou kunnen worden genoemd vanwege de enorme hoeveelheid kracht die licht uitoefende in het experiment. De elektronen werden onderworpen aan een kracht die bijna een biljoen biljoen keer groter was dan die van een astronaut die de ruimte in werd gelanceerd.

"Deze nieuwe en unieke toepassing van intens licht kan de prestaties van compacte elektronenversnellers verbeteren, " zei hij. "Maar het nieuwe en meer algemene wetenschappelijke aspect van onze resultaten is dat de toepassing van lichtkracht resulteerde in de directe versnelling van materie."

De optische raket is het nieuwste voorbeeld van hoe de door licht uitgeoefende krachten als gereedschap kunnen worden gebruikt, zei Umstadter.

Licht met normale intensiteit oefent een kleine kracht uit wanneer het reflecteert, verstrooit of wordt geabsorbeerd. Een voorgestelde toepassing van deze kracht is een "licht zeil" dat kan worden gebruikt om ruimtevaartuigen voort te stuwen. Maar omdat de lichtkracht in dit geval buitengewoon klein is, het zou jarenlang continu moeten worden uitgeoefend om het ruimtevaartuig hoge snelheid te laten bereiken.

Een ander type kracht ontstaat wanneer licht een intensiteitsgradiënt heeft. Een toepassing van deze lichtkracht is een "optisch pincet" dat wordt gebruikt om microscopisch kleine objecten te manipuleren. Weer hier, de kracht is buitengewoon klein.

In het Nebraska-experiment, de laserpulsen werden gefocusseerd in plasma. Toen elektronen in het plasma door hun gradiëntkrachten uit de paden van de lichtpulsen werden verdreven, plasmagolven werden aangedreven in het kielzog van de pulsen, en elektronen mochten de wakefield-golven opvangen, die de elektronen verder versnelde tot ultrarelativistische energie. De nieuwe toepassing van intens licht biedt een middel om de beginfase van wakefield-acceleratie te beheersen en de prestaties van een nieuwe generatie compacte elektronenversnellers te verbeteren, die naar verwachting de weg zullen effenen voor een reeks toepassingen die voorheen onpraktisch waren vanwege de enorme omvang van conventionele versnellers.

Het experimentele onderzoek is uitgevoerd door studenten en wetenschappers in Nebraska, met senior onderzoeksmedewerker Grigoroy Golovin als hoofdauteur van de paper die het nieuwe resultaat rapporteert. Financiering werd verstrekt door de National Science Foundation.

Het experiment was gebaseerd op numerieke modellering door wetenschappers van de Shanghai Jiao Tong University in China. Umstadter voorspelde het onderliggende mechanisme twee decennia geleden theoretisch. De resultaten werden in september gerapporteerd in het tijdschrift Fysieke beoordelingsbrieven .