Quando un denso strato di elettroni viene accelerato quasi alla velocità della luce, funge da superficie riflettente. Tale "specchio plasma" può essere utilizzato per manipolare la luce. Ora un team internazionale di fisici del Max Planck Institute of Quantum Optics, LMU Monaco di Baviera, e l'Università di Umeå in Svezia hanno caratterizzato in dettaglio questo effetto plasma-specchio, e lo sfruttò per generare isolati, lampeggia ad attosecondi ad alta intensità. Un attosecondo dura un miliardesimo di miliardesimo (10 -18 ) di un secondo.
L'interazione tra impulsi laser estremamente potenti e materia ha aperto approcci completamente nuovi alla generazione di lampi di luce ultracorti della durata di poche centinaia di attosecondi. Questi impulsi straordinariamente brevi possono a loro volta essere usati per sondare la dinamica dei fenomeni fisici ultraveloci su scale subatomiche. Il metodo standard utilizzato per creare impulsi ad attosecondi si basa sull'interazione della luce laser nel vicino infrarosso con gli elettroni in atomi di gas nobili come neon o argon.
Ora i ricercatori del Laboratorio di fisica dell'attosecondo del Max Planck Institute of Quantum Optics a Garching e della Ludwig Maximilians University (LMU) di Monaco di Baviera, in collaborazione con i colleghi dell'Università di Umeå, hanno implementato con successo una nuova strategia per la generazione di impulsi di luce ad attosecondi isolati.
Nel primo passo, femtosecondi estremamente potenti (10 -15 sec) gli impulsi laser possono interagire con il vetro. La luce laser vaporizza la superficie del vetro, ionizzando i suoi atomi costituenti e accelerando gli elettroni liberati a velocità equivalenti a una frazione apprezzabile della velocità della luce. Il plasma ad alta densità risultante costituito da elettroni in rapido movimento, che si propaga nella stessa direzione della luce laser pulsata, agisce come uno specchio. Una volta che gli elettroni hanno raggiunto velocità che si avvicinano alla velocità della luce, diventano relativistici, e iniziano a oscillare in risposta al campo laser. La conseguente deformazione periodica dello specchio al plasma interagisce con l'onda luminosa riflessa per dare origine ad impulsi isolati ad attosecondi. Questi impulsi hanno una durata stimata di circa 200 come e lunghezze d'onda nella regione ultravioletta estrema dello spettro (20-30 nanometri, 40-60 eV).
A differenza degli impulsi ad attosecondi generati con impulsi laser più lunghi, quelli prodotti dall'effetto plasma-specchio e gli impulsi laser che hanno una durata di pochi cicli ottici possono essere controllati con precisione con la forma d'onda. Ciò ha anche permesso ai ricercatori di osservare l'andamento temporale del processo di generazione, cioè l'oscillazione dello specchio al plasma. È importante sottolineare che questi impulsi sono molto più intensi, cioè contengono molti più fotoni, rispetto a quelli ottenibili con la procedura standard.
L'aumento dell'intensità consente di effettuare misurazioni ancora più precise del comportamento delle particelle subatomiche in tempo reale. Gli impulsi di luce ad attosecondi vengono utilizzati principalmente per mappare i movimenti degli elettroni, e quindi fornire approfondimenti sulla dinamica dei processi fondamentali all'interno degli atomi. Maggiore è l'intensità del lampeggio della luce ad attosecondi, più informazioni possono essere raccolte sui movimenti delle particelle all'interno della materia. Con la dimostrazione pratica dell'effetto plasma-specchio per generare impulsi luminosi ad attosecondi luminosi, gli autori del nuovo studio hanno sviluppato una tecnologia, che consentirà ai fisici di sondare ancora più a fondo i misteri del mondo quantistico.
