O echipă de cercetători de la Universitatea Nebraska – Lincoln a efectuat recent un experiment în care au putut să accelereze electronii plasmatici pentru a se apropia de viteza luminii. Această „rachetă optică”, care a împins electronii la o forță de un trilion de miliarde de ori mai mare decât cea generată de o rachetă convențională, ar putea avea implicații serioase pentru orice, de la deplasarea spațială la computere și nanotehnologie.
Când vine vorba de viitorul explorării spațiale și al cercetării științifice, este clar că lumina va juca un rol vital. Pe de o parte, agențiile spațiale investighează „comunicațiile optice” - trimiterea de informații cu ajutorul unor lasere - pentru a gestiona cantitățile din ce în ce mai mari de misiuni de date care vor fi colectate și trimise pe Pământ. Cercetătorii și inginerii, pe de altă parte, se uită la lasere pentru a efectua manipulări microscopice ale materiei și calculatoarelor optice.
Cu toate acestea, una dintre principalele provocări cu aceste tipuri de aplicații a fost dimensiunea echipamentelor implicate. La ce se rezumă este faptul că laserele convenționale cu energie mare sunt în general mari și scumpe. Ca atare, capacitatea de reducere a procesului în care lumina este utilizată pentru a accelera particulele nu ar fi doar o amănuntă pentru cercetători, ci ar putea duce și la nenumărate aplicații noi.
Acest lucru este exact ceea ce a făcut echipa din Laboratorul Extreme Light UNL (ELL) folosind laserul Diocles al laboratorului. Acest laser cu raze X, care este de zece milioane de ori mai strălucitor decât soarele, a fost folosit pentru a concentra impulsurile laser rapide pe electronii cu plasmă - un proces cunoscut sub numele de accelerația câmpului de veghe (sau accelerația electronilor). Studiul care descrie descoperirile lor a apărut recent în Scrisori de revizuire fizică.
De obicei, lumina exercită o forță minusculă oriunde este reflectată, împrăștiată sau absorbită. În timp ce forța este extrem de mică, aceasta poate avea un efect cumulativ atunci când este focalizată corect și continuu. În timpul experimentului, echipa a descoperit că impulsurile de lumină au determinat ca electronii din plasmă să fie împinși din calea impulsurilor, creând unde plasmatice în urma lor.
De asemenea, electronii au luat o accelerare suplimentară de la aceste „unde de câmpuri de veghe”, care le-au adus la viteze ultra-relativiste (adică aproape de viteza luminii). Așa cum a explicat Donald Umstadter, directorul Laboratorului Extreme Light, într-un comunicat de presă Nebraska Today:
„Această aplicație nouă și unică de lumină intensă poate îmbunătăți performanța acceleratoarelor de electroni compacte. Dar aspectul științific mai nou și mai general al rezultatelor noastre este că aplicarea forței luminii a dus la accelerarea directă a materiei. ”
Acest nou experiment a demonstrat eficient capacitatea de a controla faza inițială a accelerației câmpului de veghe, ceea ce ar putea îmbunătăți performanța acceleratoarelor de electroni compacte. Este semnificativ prin faptul că are numeroase aplicații care anterior nu erau posibile, datorită dimensiunii enorme a acceleratoarelor electronice convenționale.
O astfel de aplicație este cunoscută sub numele de „pensetă optică”, un proces în care lumina este utilizată pentru manipularea obiectelor microscopice. O altă aplicație posibilă este conceptul cunoscut sub numele de „navigație ușoară” (de asemenea, celule solare sau fotonice), o metodă de propulsie spațială în care un fascicul laser focalizat este utilizat pentru a accelera o navigare reflectorizantă la viteze incredibile.
Un astfel de exemplu este Breakthrough Starshot, o navă spațială propusă fiind dezvoltată de Breakthrough Initiatives - o organizație non-profit fondată de miliardarul rus Yuri Milner. Constând într-o nanocraft remorcată de o vizibilă, această navă spațială s-ar baza pe lasere focalizate pentru a-l accelera până la viteze relativiste (20% viteza luminii). Cu această viteză, ambarcațiunea ar putea face călătoria către Alpha Centauri în doar 20 de ani și ar putea trimite imagini cu orice exoplanete acolo (inclusiv Proxima b).
Între timp, acest experiment poate deschide câteva oportunități serioase de cercetare pentru fizicienii de particule. Studiul a fost condus de Grigoroy Golovin, un cercetător postdoc de la Universitatea Nebraska-Lincoln (UNL) Extreme Light Laboratory (ELL) și a inclus mai mulți oameni de știință de la ELL și Shanghai Jiao Tong University.
