Onderzoekers van de Chalmers University of Technology en de University of Gothenburg, Zweden, hebben een manier voorgesteld om een ​​volledig nieuwe stralingsbron te creëren. Ultra-intensieve lichtpulsen bestaan ​​uit de beweging van een enkele golf en kunnen worden omschreven als een tsunami van licht. De sterke golf kan worden gebruikt om interacties tussen materie en licht op een unieke manier te bestuderen.

"Deze stralingsbron laat ons vanuit een nieuwe hoek naar de werkelijkheid kijken - het is alsof we een spiegel draaien en iets heel anders ontdekken, " zegt Illia Thiele, een theoretisch natuurkundige aan de Chalmers University of Technology.

Samen met Dr. Evangelos Siminos van de Universiteit van Göteborg, en Tünde Fülöp, hoogleraar natuurkunde aan Chalmers, Illia Thiele heeft een theoretische methode gepresenteerd om de snelst mogelijke enkele golfbeweging te creëren. Dit soort straling is nog nooit waargenomen in het universum of zelfs in het laboratorium.

De stralingsbron is interessant om de eigenschappen van materialen te begrijpen. Omdat het een ultrasnelle schakeling van interacties tussen licht en materie biedt, het kan nuttig zijn in materiaalkunde of sensorgerelateerd onderzoek, bijvoorbeeld. Bovendien, het kan worden gebruikt als driver voor andere soorten straling en om de grenzen te verleggen van hoe kort een lichtpuls zou kunnen zijn.

"Een ultra-intensieve puls is als een grote tsunami van licht. De golf kan een elektron uit een atoom trekken, versnellen tot bijna de lichtsnelheid, exotische kwantumtoestanden creëren. Dit is de snelste en sterkste switch mogelijk, en het maakt de weg vrij voor vooruitgang in fundamenteel onderzoek, " zegt dr. Illia Thiele.

De nieuwe pulsen kunnen op unieke manieren worden gebruikt om materie te onderzoeken en te controleren. Terwijl andere lichtpulsen met meerdere golfperioden geleidelijk veranderingen in de materiaaleigenschappen opleggen, pulsen met een enkele sterke golfperiode veroorzaken plotselinge en onverwachte reacties. Wereldwijd hebben onderzoekers geprobeerd deze stralingsbron te creëren, omdat het van groot belang is voor de wetenschappelijke gemeenschappen binnen de natuurkunde en materiaalkunde.

"Nutsvoorzieningen, we hopen onze theoretische opstelling naar het lab te kunnen brengen. Onze methode zou kunnen helpen de bestaande hiaten in het wetenschappelijke landschap van lichtbronnen te dichten, ", zegt Tünde Fülöp.

De krant, "Door een elektronenbundel aangedreven generatie van frequentie-afstembare geïsoleerde relativistische subcycluspulsen" is gepubliceerd in Fysieke beoordelingsbrieven .

De nieuwe methode om ultra-intensieve lichtpulsen te creëren

De onderzoekers stellen een methode voor om ultra-intensieve lichtpulsen te genereren die minder dan een enkele oscillatie van het elektromagnetische veld bevatten. Deze zogenaamde subcycluspulsen kunnen op unieke manieren worden gebruikt om materie te onderzoeken en te beheersen. Conventionele methoden kunnen alleen subcycluspulsen produceren met een beperkte veldsterkte:boven een bepaalde drempel, het versterkende medium zou worden geïoniseerd door de intense velden. De onderzoekers stellen voor om een ​​elektronenbundel in een plasma te gebruiken, waarvoor geen schadedrempel geldt, als een versterkend medium voor een elektromagnetische kiempuls.

Om ervoor te zorgen dat energie van de elektronenbundel naar de puls wordt overgedragen op een zodanige manier dat een subcycluspuls wordt geproduceerd, de bundel moet worden geïntroduceerd in een geschikte fase van de oscillatie van het elektromagnetische veld. Dit kan worden bereikt door een spiegel te gebruiken om de zaadpuls te reflecteren terwijl de elektronenbundel wordt geïnjecteerd. Dit scenario leidt tot een aanzienlijke versterking van de zaadpuls en de vorming van een intense, geïsoleerd, subcyclus puls. Gemakkelijk beschikbare terahertz-zaadpulsen en elektronenbundels van laser-plasmaversnellers kunnen mid-infrarode subcycluspulsen genereren met energieën van millijoule-niveau, die zeer wenselijk zijn als sondes van materie, maar niet mogelijk zijn om te produceren met conventionele bronnen.