Um dos lasers do Laboratório de Luz Extrema da Universidade de Nebraska-Lincoln, onde um experimento recente acelerou os elétrons para perto da velocidade da luz. Crédito:University of Nebraska-Lincoln
Em um experimento recente na Universidade de Nebraska – Lincoln, elétrons de plasma nos caminhos de intensos pulsos de luz laser foram quase instantaneamente acelerados perto da velocidade da luz.
Professor de física Donald Umstadter, que liderou o experimento de pesquisa que confirmou a teoria anterior, disse que o novo aplicativo pode ser apropriadamente chamado de "foguete óptico" por causa da tremenda quantidade de força que a luz exerceu no experimento. Os elétrons foram submetidos a uma força quase um trilhão-trilhão de vezes maior do que a sentida por um astronauta lançado ao espaço.
"Esta aplicação nova e única de luz intensa pode melhorar o desempenho de aceleradores de elétrons compactos, "disse ele." Mas o aspecto científico novo e mais geral de nossos resultados é que a aplicação da força da luz resultou na aceleração direta da matéria. "
O foguete óptico é o exemplo mais recente de como as forças exercidas pela luz podem ser usadas como ferramentas, Disse Umstadter.
A luz de intensidade normal exerce uma pequena força sempre que reflete, espalha ou é absorvido. Uma aplicação proposta para essa força é uma "vela leve" que poderia ser usada para impulsionar espaçonaves. No entanto, porque a força leve é extremamente pequena neste caso, precisaria ser exercido continuamente por anos para que a espaçonave atingisse alta velocidade.
Grigory Golovin. Crédito:University of Nebraska-Lincoln
Outro tipo de força surge quando a luz tem um gradiente de intensidade. Uma aplicação desta força de luz é uma "pinça óptica" que é usada para manipular objetos microscópicos. Aqui novamente, a força é extremamente pequena.
No experimento de Nebraska, os pulsos de laser foram focados no plasma. Quando os elétrons no plasma foram expulsos dos caminhos dos pulsos de luz por suas forças gradientes, as ondas de plasma foram impulsionadas no despertar dos pulsos, e os elétrons foram autorizados a pegar as ondas de wakefield, o que acelerou ainda mais os elétrons para a energia ultra-relativística. A nova aplicação de luz intensa fornece um meio de controlar a fase inicial de aceleração de wakefield e melhorar o desempenho de uma nova geração de aceleradores de elétrons compactos, que devem abrir o caminho para uma gama de aplicações que antes eram impraticáveis devido ao enorme tamanho dos aceleradores convencionais.
Na concepção deste artista sobre o experimento de Nebraska, as orbes brancas representam dois pulsos de laser, com ondas de plasma em suas vigílias. As ondas interferem umas com as outras depois que os pulsos de laser se cruzam, e os elétrons viajam nas ondas do campo de vigília para uma energia mais elevada. Crédito:University of Nebraska-Lincoln
A pesquisa experimental foi conduzida por estudantes e cientistas de Nebraska, com o associado sênior de pesquisa Grigoroy Golovin atuando como autor principal no artigo relatando o novo resultado. O financiamento foi fornecido pela National Science Foundation.
O experimento foi baseado em modelagem numérica por cientistas da Universidade Jiao Tong de Xangai, na China. Umstadter teoricamente previu o mecanismo subjacente há duas décadas. Os resultados foram divulgados em setembro na revista Cartas de revisão física .
