Vědci z ELI Beamlines budou spolu s kolegy z University of Rochester v USA zkoumat koherentní vlastnosti záření, které je emitováno při kolizi hustých svazků elektronů se silným laserovým polem. Na výzkum získali financování od americké Národní vědecké nadace.
Kompresor pro generování laserových pulzů o velmi vysoké intenzitě, které jsou pro tento projekt nezbytné. Tento kompresor je součástí laserového systému L4 Aton.
Grant jim umožní studovat proveditelnost koherentních světelných zdrojů s vlnovou délkou kratší, než má rentgenové záření.
Od 60. let, kdy byl vynalezen laser, pracují vědci na zvýšení jeho špičkového výkonu (maximálního výkonu ve špičce pulzu, pozn. red.), a na vývoji zařízení produkujících koherentní záření s kratšími a kratšími vlnovými délkami. Pokrok byl dosažen především ve zvyšování špičkového výkonu, a to zejména vynálezem techniky chirped pulse amplification (CPA) vědci z University of Rochester v 80. letech, což vedlo k udělení Nobelovy ceny za fyziku v roce 2018.
Nicméně vývoj laserů, které produkují záření s velmi vysokou energií jako jsou gama paprsky, stále uniká našim schopnostem. Částečně je to proto, že „koherentní“ světelné vlny laseru jsou synchronizované, což pak vytváří silnější kombinovaný efekt, který je obtížnější dosáhnout při vyšších a vyšších energiích fotonů. A zatímco lasery nyní mohou produkovat koherentní světlo v rozsahu viditelného, ultrafialového a rentgenového záření elektromagnetického spektra, produkce za hranicemi rentgenového záření – kde se nacházejí gama paprsky – zůstává výzvou.
Aby tuto překážku překonali, získali vědci z University of Rochester financování od National Science Foundation (NSF), aby ve spolupráci s českými kolegy zkoumali koherentní vlastnosti záření, které je vyzářené, když se husté svazky elektronů srazí se silným laserovým polem. Nejen, že chtějí lépe pochopit, jak produkovat koherentní gama paprsky, ale také je využít pro výzkum a aplikace při vytváření antihmoty, studiu jaderných procesů a zobrazování hustých objektů.
„Schopnost vytvářet koherentní gama paprsky by byla vědeckou revolucí ve vytváření nových druhů zdrojů záření, podobně jako objev a rozvoj těchto zdrojů ve viditelné a rentgenové oblasti spektra změnil naše základní chápání atomového světa,“ říká Antonino Di Piazza, profesor fyziky na University of Rochester a distingovaný vědec v Laboratoři pro laserovou energetiku na této univerzitě, který je hlavním řešitelem grantu NSF.
Projekt kombinuje teoretické odborné znalosti vědců z Rochesteru s teoretickými a experimentálními schopnostmi ELI Beamlines v České republice, což posiluje vazby mezi USA a Evropou v oblasti výzkumu fyziky vysoce intenzivních laserů.
„Naše infrastruktura nabízí unikátní lasery o petawatových výkonech, které kolegové na univerzitě v Rochestru nemají. Máme také velké zkušenosti s teorií interakcí elektronů s laserovým zářením v kvantovém režimu, proto naše spojení dává smysl,“ říká Evgeny Gelfer, spoluřešitel projektu z Eli Beamlines.
Experimentální hala E3 v ELI Beamlines, kde se budou provádět experimenty pod vedením vědce z Rochesterské univerzity Antonina Di Piazzy.
Vědci použijí složité teorické modely a náročné technické experimenty ke studiu toho, jak interagují rychle se pohybující elektrony s laserem, aby emitovaly vysoce energetické záření. Začnou zkoumáním jednodušších případů, jako je emisní záření jednoho nebo dvou elektronů, a poté přejdou k složitějším scénářům s mnoha elektrony v hustém elektronovém svazku, vše s cílem vytvořit zdroj koherentního paprsku gama. Navazují na práci vědců, kteří vytvořili koherentní rentgenové záření, včetně týmů v SLAC National Accelerator Laboratory, European XFEL a SACLA.
„Nejsme první vědci, kteří se pokoušeli vytvářet gama paprsky tímto způsobem,“ říká Di Piazza. „Ale děláme to pomocí plně kvantové teorie – kvantové elektrodynamiky – což je pokročilý přístup k řešení tohoto problému.“
Pokud bude tento projekt úspěšný, mohl by nakonec vést k vytvoření laseru na volných elektronech (free electron laser FEL) produkujícího paprsky gama záření, což je jeden z hlavních cílů ve vědecké komunitě, podle Di Piazzy. „Samozřejmě, prvním krokem, než budeme moct takové zařízení vytvořit, je ukázat, že je to vědecky proveditelné,“ říká Di Piazza.
Tato práce také přispěje k přípravě pro vznik budoucího vysoce výkonného laserového uživatelského zařízení NSF OPAL na University of Rochester, což je další projekt financovaný Národní vědeckou nadací, na kterém je Di Piazza hlavním spoluřešitelem, a který má potenciál stát se jedinečným otevřeným pracovištěm pro globální vědeckou komunitu. NSF OPAL je součástí NSF X-lites, mezinárodní sítě zařízení studujících extrémní světlo z hlediska intenzity, délky trvání a prostorové škály, která se snaží vyřešit výzvy na hranicích koherentní interakce laserového záření s hmotou na nejkratších časových a prostorových vzdálenostech a při nejvyšších intenzitách.
Zdroj a foto: ELI Beamlines s copywritingovou podporou Vladislavy Vojtíškové (Vědavýzkum.cz)
- Autor článku: ne
- Zdroj: VědaVýzkum.cz
