A interação de fontes de luz laser de alta potência com a matéria deu origem a inúmeras aplicações, incluindo; aceleração rápida de íons; raio-x intenso, raio gama, geração de pósitrons e nêutrons; e fusão a laser baseada em ignição rápida. Essas aplicações requerem uma compreensão da absorção de energia e transferência de momento dos lasers de alta intensidade para as partículas de plasma.

Um grupo de pesquisadores japoneses liderado pela Universidade de Osaka propôs que as substâncias aquecidas com lasers de alta potência produzem um estado de plasma de ultra-alta pressão, comparáveis ​​aos encontrados no centro das estrelas, e que a tensão superficial do plasma pode empurrar a luz de volta. Uma vez que os lasers com energias capazes de aquecer o material o suficiente para criar essa pressão não estavam disponíveis até o momento, o processo não foi considerado. Seu trabalho publicado em Nature Communications descreve sua teoria e simulações de apoio.

"Compreender os estados de extrema alta pressão criados pela interação da luz do laser com os materiais é crucial para aplicações baseadas em laser, "diz o co-autor Yasuhiko Sentoku." Nossa teoria propõe que o aumento da superfície do plasma por laser intenso, ou seja, buraco chato, é interrompido eventualmente por pressão de plasma ultra-alta, e uma nova fase de aquecimento de plasma aparece. "

Eles derivaram a densidade limite para perfuração a laser, que corresponde à densidade máxima de plasma que a luz do laser pode alcançar. Eles descobriram que depois de atingir o limite de densidade, o plasma da superfície começa a explodir em direção ao laser, mesmo se o laser irradiar o plasma continuamente.

A teoria dos pesquisadores explica a transição para o blowout em termos de uma relação de equilíbrio entre a pressão da luz do laser e a do plasma de superfície. A teoria fornece uma diretriz no controle da energia do elétron, que é importante para aplicações como aceleração de íons e criação de plasma de par.

"Também derivamos a escala de tempo para a transição de perfuração para explosão, mostrando que nossas descobertas serão aplicáveis ​​para experimentos de laser multipicosegundos, "disse o autor principal Natsumi Iwata." Esperamos que nosso trabalho forneça uma base para a pesquisa focada em aplicações, por exemplo, fusão nuclear iniciada por laser. "