• Home
  • Chimica
  • Astronomia
  • Energia
  • Natura
  • Biologia
  • Fisica
  • Elettronica
  •  science >> Scienza >  >> Fisica
    I primi impulsi laser al mondo ad alta intensità a forma di cavatappi

    Immagine simulata della struttura dell'onda di plasma ritorta 3D (perturbazione della densità elettronica) guidata dalle onde laser attorcigliate o "cavatappi". Credito: Yin Shi PhD, Università della California San Diego

    I ricercatori dell'Università della California di San Diego hanno calcoli su come creare raggi laser intrecciati ad alta intensità, un tipo di impulso laser che il mondo probabilmente non ha mai visto. Questi ricercatori hanno anche fatto i conti su come utilizzare questi impulsi laser a forma di cavatappi per fare ricerche all'avanguardia. Finalmente, hanno previsioni su come risponderanno i materiali che intendono "perforare" con gli impulsi luminosi del cavatappi.

    Attualmente, tutto questo lavoro vive nei domini della teoria e delle simulazioni al supercomputer. Ma questo sta per cambiare, grazie ai finanziamenti della National Science Foundation (NSF). Una nuova sovvenzione consentirà ai ricercatori dell'UC San Diego di collaborare con sperimentatori e condurre effettivamente esperimenti che sondano le interazioni tra la luce contorta ad alta intensità e la materia presso il nuovo, strutture all'avanguardia per infrastrutture leggere estreme (ELI) in Romania e Repubblica Ceca. Questa è la prima sovvenzione NSF per finanziare ricercatori con sede negli Stati Uniti per testare il loro lavoro teorico presso le strutture ELI.

    Alexey Arefiev, un professore di ingegneria meccanica e aerospaziale della UC San Diego, è il Principal Investigator sulla sovvenzione triennale NSF. Il grosso del lavoro sperimentale sarà svolto presso l'Extreme Light Infrastructure for Nuclear Physics (ELI-NP) in Romania, che ha recentemente presentato in anteprima il suo sistema laser ad alta potenza da 10 Petawatt.

    "È molto difficile produrre luce attorcigliata ad alta intensità. I ​​metodi convenzionali per la luce attorcigliata non sono applicabili, " ha detto Arefiev. "Siamo entusiasti di avere queste opportunità. Devi testare sperimentalmente il tuo lavoro teorico, poiché questo è l'unico modo per migliorare la tua comprensione di come funziona effettivamente la natura."

    Da questo lavoro potrebbero emergere intuizioni fondamentali per la fisica nucleare e l'astrofisica. La ricerca potrebbe anche portare a spunti utili per terapie tumorali non invasive. In particolare:la luce ritorta potrebbe essere utilizzata per migliorare le caratteristiche del fascio ionico necessarie per le terapie protoniche.

    "Per anni, Alexey Arefiev è stato in prima linea nel lavoro di modellazione delle interazioni luce-materia a intensità estreme. L'opportunità di testare questo lavoro teorico sposterà in avanti l'intero campo delle interazioni della materia leggera a intensità estreme. Questo è un ottimo esempio del meglio che le collaborazioni di ricerca internazionali possono offrire, " disse Vyacheslav (Slava) Lukin, un direttore di programma per il programma di fisica del plasma presso la National Science Foundation.

    La collaborazione unica è nata da uno sforzo del Dipartimento di Stato degli Stati Uniti per incoraggiare la collaborazione scientifica internazionale attraverso un dialogo US-ELI.

    Il team dell'UC San Diego collaborerà con un team guidato da Dan Stutman, uno scienziato ricercatore della Johns Hopkins University che è anche scienziato senior e capo degli esperimenti laser di fisica nucleare presso ELI-NP. Il lavoro teorico presso l'UC San Diego aiuterà anche a guidare e confrontare la ricerca in corso sulla luce intrecciata ad alta intensità e alta energia presso le strutture laser ELI-NP e CETAL-PW in Romania, lavoro guidato da Stutman e finanziato dal Ministero rumeno per la ricerca e l'innovazione.

    Impulsi laser cavatappi

    La tabella di marcia teorica per creare la luce del cavatappi si basa sul lavoro svolto da Yin Shi, un ricercatore post-dottorato nel Relativistic Laser-Plasma Simulation Group di Arefiev presso la Jacobs School of Engineering di UC San Diego e un ex destinatario della Newton International Fellowship dalla Royal Society (Regno Unito).

    "Finalmente scopriremo cosa facciamo e non capiamo sulla luce del cavatappi. Questa possibilità di creare davvero, studiare e testare questi speciali impulsi laser è un'incredibile opportunità sia intellettualmente che in termini di carriera, " ha detto Shi. "Non vedo l'ora di ottenere il massimo dai laser ELI e dai team di ricerca".

    Una volta generata la luce del cavatappi, Arefiev e il suo team lavoreranno con gli sperimentatori per garantire che questi impulsi laser ad alta intensità interagiscano con i materiali che stanno sondando in modi che generino campi magnetici che non sono mai stati prodotti prima. Ciò implica garantire che il momento angolare orbitale che conferisce a questi impulsi ultracorti la loro forma a cavatappi sia effettivamente trasferito al materiale del plasma.

    Finalmente, il team ha previsioni su come i campi magnetici influenzeranno la dinamica degli ioni.

    "C'è così tanta fisica ancora da scoprire. C'è così tanto che non sappiamo su come si comporteranno gli impulsi laser con momento angolare orbitale, come il momento angolare orbitale si trasferirà ai materiali del plasma, e come ciò influenzerà il trasporto ionico, " disse Arefiev. "La vita è piena di sorprese, questo lavoro sperimentale potrebbe portare a molte nuove scoperte".

    © Scienza https://it.scienceaq.com