Uno dei laser dell'Extreme Light Laboratory dell'Università del Nebraska-Lincoln, dove un recente esperimento ha accelerato gli elettroni fino a raggiungere la velocità della luce. Credito:Università del Nebraska-Lincoln
In un recente esperimento presso l'Università del Nebraska-Lincoln, gli elettroni del plasma nei percorsi di intensi impulsi di luce laser sono stati quasi istantaneamente accelerati vicino alla velocità della luce.
Professore di fisica Donald Umstadter, che ha condotto l'esperimento di ricerca che ha confermato la teoria precedente, ha detto che la nuova applicazione potrebbe essere giustamente chiamata un "razzo ottico" a causa dell'enorme quantità di forza che la luce ha esercitato nell'esperimento. Gli elettroni sono stati sottoposti a una forza quasi un trilione di trilioni di volte maggiore di quella percepita da un astronauta lanciato nello spazio.
"Questa nuova e unica applicazione della luce intensa può migliorare le prestazioni degli acceleratori di elettroni compatti, " ha detto. "Ma l'aspetto scientifico nuovo e più generale dei nostri risultati è che l'applicazione della forza della luce ha provocato l'accelerazione diretta della materia".
Il razzo ottico è l'ultimo esempio di come le forze esercitate dalla luce possano essere utilizzate come strumenti, disse Umstadter.
La luce di intensità normale esercita una piccola forza ogni volta che si riflette, disperde o viene assorbito. Un'applicazione proposta di questa forza è una "vela leggera" che potrebbe essere utilizzata per spingere i veicoli spaziali. Tuttavia, poiché la forza della luce è estremamente piccola in questo caso, dovrebbe essere esercitato continuamente per anni affinché il veicolo spaziale raggiunga l'alta velocità.
Grigorij Golovin. Credito:Università del Nebraska-Lincoln
Un altro tipo di forza sorge quando la luce ha un gradiente di intensità. Un'applicazione di questa forza luminosa è una "pinzetta ottica" che viene utilizzata per manipolare oggetti microscopici. Ancora qui, la forza è estremamente piccola.
Nell'esperimento del Nebraska, gli impulsi laser sono stati focalizzati nel plasma. Quando gli elettroni nel plasma sono stati espulsi dai percorsi degli impulsi luminosi dalle loro forze di gradiente, le onde di plasma sono state guidate nelle scie degli impulsi, e gli elettroni potevano catturare le onde di wakefield, che ha ulteriormente accelerato gli elettroni a energia ultra-relativistica. La nuova applicazione della luce intensa fornisce un mezzo per controllare la fase iniziale dell'accelerazione di wakefield e migliorare le prestazioni di una nuova generazione di acceleratori di elettroni compatti, che dovrebbero aprire la strada a una serie di applicazioni che in precedenza erano impraticabili a causa delle enormi dimensioni degli acceleratori convenzionali.
Nella concezione di questo artista dell'esperimento del Nebraska, le sfere bianche rappresentano due impulsi laser, con onde di plasma nelle loro scie. Gli ondeggianti interferiscono l'uno con l'altro dopo che gli impulsi laser si incrociano, e gli elettroni cavalcano le onde del campo di scia a un'energia più elevata. Credito:Università del Nebraska-Lincoln
La ricerca sperimentale è stata condotta da studenti e scienziati del Nebraska, con il ricercatore senior Grigoroy Golovin che funge da autore principale dell'articolo che riporta il nuovo risultato. Il finanziamento è stato fornito dalla National Science Foundation.
L'esperimento si basava su modelli numerici degli scienziati della Shanghai Jiao Tong University in Cina. Umstadter ha previsto teoricamente il meccanismo sottostante due decenni fa. I risultati sono stati riportati a settembre sulla rivista Lettere di revisione fisica .
