Ученые создали лазерный импульс самой высокой интенсивности

Ученые из Южной Кореи достигли важной вехи в физике, к которой исследователи в этой области стремились на протяжении десятилетий, создав рекордный лазер сверхвысокой интенсивности.

Интенсивность импульса более 10²³ Вт на квадратный сантиметр является результатом высокотехнологичной оптической системы, которая точно фокусирует луч на крохотной цели и открывает совершенно новые возможности в областях исследований, от астрофизики до лечения рака.

Это достижение — работа исследователей из Южнокорейского центра релятивистской лазерной науки (CoReLS), которые более десяти лет работали над улучшением работы лазера Геркулеса в Мичиганском университете, который ранее был рекордсменом по наивысшим показателям.

Это оборудование способно генерировать лучи с интенсивностью 10²² Вт / см², и в течение почти двух десятилетий ученые работали над тем, чтобы превзойти его и достичь неуловимой цели — лазерного луча 10²³ Вт / см². Исследователи CoReLS достигли этого с помощью фемтосекундного лазера сверхвысокой мощности в 4 петаватта и очень сложной оптической системы для усиления и фокусировки луча.

Система включает в себя использование ряда деформируемых зеркал для коррекции искажений и создания лазера с строго контролируемым волновым фронтом, а затем использование большого внеосевого параболического зеркала для фокусировки лазерного луча 28 см на цель размером всего 1,1 микрометра в ширину, что составляет менее пятидесяти процентов диаметра человеческого волоса.

Затем ученые использовали камеру и датчик волнового фронта, чтобы отобразить и измерить отраженный лазерный луч, который, по их словам, по интенсивности сопоставим с фокусировкой всего солнечного света, достигающего Земли, в пятно размером всего 10 микрон.

«Этот высокоинтенсивный лазер позволит нам исследовать астрофизические явления, такие как электрон-фотонное и фотон-фотонное рассеяние в лаборатории», — говорит Чанг Хи Нам, директор CoReLS и профессор Института науки и технологий Кванджу.

«Мы можем использовать этот лазерный импульс для экспериментальной проверки и получения доступа к теоретическим идеям, некоторые из которых были впервые предложены почти столетие назад».

Некоторые из этих идей касаются квантовой электродинамики сильного поля, которая, как считается, вносит вклад в чрезвычайно энергичные космические лучи, в то время как другие касаются проблем, которые немного ближе к дому. Лучевая терапия рака сегодня включает в себя протоны высокой энергии, производимые ускорителями, которые требуют огромных радиационных экранов, но использование лазеров для производства этих протонов может сделать такие системы менее дорогостоящими и, следовательно, гораздо более доступными.

«Этот высокоинтенсивный лазерный импульс позволит нам заняться новой и сложной наукой, особенно квантовой электродинамикой сильного поля, которой в основном занимались теоретики», — говорят ученые. «Помимо помощи нам в лучшем понимании астрофизических явлений, он также может предоставить информацию, необходимую для разработки новых источников радиационного лечения, в котором для лечения рака используются протоны высокой энергии».

Исследование было опубликовано в журнале Optica.