A última década foi marcada por uma série de descobertas notáveis ​​identificando como o universo é composto. Entende-se que a misteriosa substância, matéria escura, constitui 85% da matéria do universo. A matéria observável no universo consiste em partículas ionizadas. Assim, uma compreensão profunda da matéria ionizada e sua interação com a luz, poderia levar a uma compreensão mais profunda das relações em jogo que formaram o universo. Enquanto matéria ionizada, ou plasma, é relativamente fácil de gerar no laboratório, estudá-lo é extremamente desafiador, pois os métodos que podem capturar os estados de ionização e a densidade são virtualmente inexistentes.

Em um novo artigo publicado em Ciência leve e aplicação , uma equipe de cientistas conseguiu observar diretamente a formação e interação de plasma criptônio altamente ionizado usando luz ultravioleta coerente de femtossegundo e um novo modelo quadridimensional.

Íons de criptônio ionizados oito vezes como meio de laser

Em seu trabalho, os pesquisadores empregam um amplificador de plasma a laser, que usa íons de criptônio ionizados oito vezes como meio de laser. Em seguida, eles lançam um pulso de sonda ultravioleta extremo coerente neste plasma que coleta assinaturas das condições do plasma à medida que se propaga através da coluna de plasma gerada por laser. Este pulso de sonda ultravioleta extremo é então analisado difratando-o de um alvo em nanoescala bem caracterizado. Este método, conhecido como imagem de difração coerente, permite a medição das propriedades do pulso da sonda transportando informações sobre o plasma com resolução muito alta. "Usar um pulso de sonda ultravioleta extremo com um comprimento de onda curto o suficiente para que o plasma se torne transparente para interrogar o plasma formado é a chave, "explica o Prof. Dr. Michael Zuerch da Universidade da Califórnia em Berkeley.

Descoberta inesperada

"Surpreendentemente, encontramos um padrão de modulação espacial não trivial que é inesperado em uma geometria de guia de ondas. Usando uma teoria ab initio adaptada, modelando a interação plasma-luz em quatro dimensões em várias escalas, podemos encontrar um excelente acordo com nossos dados experimentais. Isso nos permitiu atribuir o sinal observado a um comportamento fortemente não linear na interação laser-plasma, gerando o plasma criptonizado altamente ionizado, "Elabora Zuerch.

A abordagem experimental, que pode ser facilmente adotado para outros cenários relevantes, valida os modelos ab initio avançados usados ​​para simular a interação laser-plasma e, mais geralmente, a formação de plasma altamente ionizado. Uma importante ramificação das descobertas mostra que não é possível criar plasmas ionizados arbitrariamente usando técnicas ópticas.

"O modelo desenvolvido permitirá a previsão das condições alcançáveis ​​com precisão e dá esperança de que condições de plasma muito definidas possam ser criadas por meio da modelagem apropriada do feixe de laser, "diz o Prof. Dr. Christian Spielmann da Universidade de Jena. Zuerch resumiu a perspectiva do trabalho:" Além de uma compreensão mais profunda das interações laser-plasma, nossas descobertas têm impactos, por exemplo, no aumento da escala de fontes de luz de raios-X baseadas em plasma ou experimentos de fusão baseados em plasma. "