L'ultimo decennio è stato caratterizzato da una serie di scoperte straordinarie che identificano come è composto l'universo. Resta inteso che la misteriosa sostanza materia oscura costituisce l'85% della materia nell'universo. La materia osservabile nell'universo è costituita da particelle ionizzate. Così, una profonda comprensione della materia ionizzata e della sua interazione con la luce, potrebbe portare a una comprensione più profonda delle relazioni in gioco che hanno formato l'universo. Mentre la materia ionizzata, o plasma, è relativamente facile da generare in laboratorio, studiarlo è estremamente impegnativo in quanto i metodi in grado di catturare gli stati di ionizzazione e la densità sono praticamente inesistenti.

In un nuovo articolo pubblicato su Scienza e applicazione della luce , un team di scienziati è riuscito a osservare direttamente la formazione e l'interazione del plasma di krypton altamente ionizzato utilizzando la luce ultravioletta coerente a femtosecondi e un nuovo modello quadridimensionale.

Ioni krypton ionizzati otto volte come mezzo laser

Nel loro lavoro, i ricercatori utilizzano un amplificatore laser-plasma, che utilizza ioni krypton ionizzati otto volte come mezzo laser. Quindi lanciano un impulso coerente di sonda ultravioletta estrema in questo plasma che raccoglie le firme delle condizioni del plasma mentre si propaga attraverso la colonna di plasma generata dal laser. Questo impulso estremo della sonda ultravioletta viene quindi analizzato diffratto da un bersaglio su nanoscala ben caratterizzato. Questo metodo, noto come imaging di diffrazione coerente, consente la misurazione delle proprietà dell'impulso della sonda che trasporta informazioni sul plasma con una risoluzione molto elevata. "Utilizzare un impulso di sonda ultravioletta estrema con una lunghezza d'onda sufficientemente corta in modo che il plasma diventi trasparente per interrogare il plasma formato è fondamentale, " spiega il Prof. Dr. Michael Zuerch dell'Università della California a Berkeley.

Scoperta inaspettata

"Sorprendentemente, abbiamo trovato un modello di modulazione spaziale non banale che è inaspettato in una geometria a guida d'onda. Utilizzando una teoria ab initio adattata che modella l'interazione plasma-luce in quattro dimensioni su più scale, possiamo trovare un eccellente accordo con i nostri dati sperimentali. Questo ci ha permesso di attribuire il segnale osservato ad un comportamento fortemente non lineare nell'interazione laser-plasma che genera il plasma krypton altamente ionizzato, ", elabora Zuerch.

L'approccio sperimentale, che può essere facilmente adottato per altri scenari rilevanti, convalida i modelli ab initio avanzati utilizzati per simulare l'interazione laser-plasma e più in generale la formazione di plasma altamente ionizzato. Un'importante ramificazione dei risultati mostra che non è possibile creare plasmi ionizzati arbitrariamente utilizzando tecniche ottiche.

"Il modello sviluppato consentirà di prevedere con precisione le condizioni realizzabili e fa sperare che condizioni del plasma molto definite possano essere create da un'appropriata modellazione del raggio laser, " afferma il Prof. Dr. Christian Spielmann dell'Università di Jena. Zuerch ha riassunto le prospettive del lavoro:"Oltre a una comprensione più profonda delle interazioni laser-plasma, i nostri risultati hanno impatti, Per esempio, sull'upscaling di sorgenti di luce a raggi X al plasma o esperimenti di fusione al plasma".