Wanneer een dichte elektronenlaag wordt versneld tot bijna de lichtsnelheid, het fungeert als een reflecterend oppervlak. Zo'n 'plasmaspiegel' kan gebruikt worden om licht te manipuleren. Nu een internationaal team van natuurkundigen van het Max Planck Institute of Quantum Optics, LMU München, en Umeå University in Zweden hebben dit plasmaspiegeleffect in detail gekarakteriseerd, en exploiteerde het om geïsoleerde, hoge intensiteit attoseconde licht knippert. Een attoseconde duurt een miljardste van een miljardste (10 ^-18 ) van een seconde.

De interactie tussen extreem krachtige laserpulsen en materie heeft geleid tot geheel nieuwe benaderingen voor het genereren van ultrakorte lichtflitsen van slechts enkele honderden attoseconden. Deze buitengewoon korte pulsen kunnen op hun beurt worden gebruikt om de dynamiek van ultrasnelle fysieke verschijnselen op subatomaire schaal te onderzoeken. De standaardmethode die wordt gebruikt om attosecondepulsen te creëren, is gebaseerd op de interactie van nabij-infrarood laserlicht met de elektronen in atomen van edelgassen zoals neon of argon.

Nu onderzoekers van het Laboratory for Attosecond Physics aan het Max Planck Institute of Quantum Optics in Garching en de Ludwig Maximilians University (LMU) in München, in samenwerking met collega's van Umeå University, hebben met succes een nieuwe strategie geïmplementeerd voor het genereren van geïsoleerde attoseconde lichtpulsen.

In de eerste stap, extreem krachtige femtoseconde (10 ^-15 sec) laserpulsen mogen interageren met glas. Het laserlicht verdampt het glasoppervlak, het ioniseren van de samenstellende atomen en het versnellen van de vrijgekomen elektronen tot snelheden die gelijk zijn aan een aanzienlijke fractie van de lichtsnelheid. Het resulterende plasma met hoge dichtheid, bestaande uit snel bewegende elektronen, die zich in dezelfde richting voortplant als het gepulseerde laserlicht, werkt als een spiegel. Zodra de elektronen snelheden hebben bereikt die de lichtsnelheid benaderen, worden ze relativistisch, en beginnen te oscilleren als reactie op het laserveld. De daaruit voortvloeiende periodieke vervorming van de plasmaspiegel interageert met de gereflecteerde lichtgolf om geïsoleerde attoseconde-pulsen te veroorzaken. Deze pulsen hebben een geschatte duur van ongeveer 200 as en golflengten in het extreem ultraviolette gebied van het spectrum (20-30 nanometer, 40-60 eV).

In tegenstelling tot attoseconde pulsen die worden gegenereerd met langere laserpulsen, die geproduceerd door het plasmaspiegeleffect en laserpulsen met een duur van enkele optische cycli kunnen nauwkeurig worden gecontroleerd met de golfvorm. Hierdoor konden de onderzoekers ook het tijdsverloop van het generatieproces observeren, d.w.z. de oscillatie van de plasmaspiegel. belangrijk, deze pulsen zijn veel intenser, d.w.z. bevatten veel meer fotonen, dan die verkrijgbaar zijn met de standaardprocedure.

De verhoogde intensiteit maakt het mogelijk om in realtime nog nauwkeurigere metingen van het gedrag van subatomaire deeltjes uit te voeren. Attoseconde lichtpulsen worden voornamelijk gebruikt om elektronenbewegingen in kaart te brengen, en zo inzicht te verschaffen in de dynamiek van fundamentele processen binnen atomen. Hoe hoger de intensiteit van de attoseconde flitsen, hoe meer informatie kan worden verzameld over de bewegingen van deeltjes in materie. Met de praktische demonstratie van het plasma-spiegeleffect om heldere attoseconde lichtpulsen te genereren, de auteurs van de nieuwe studie hebben een technologie ontwikkeld, waardoor natuurkundigen nog dieper in de mysteries van de kwantumwereld kunnen graven.