Ученые из Национальной лаборатории имени Лоуренса Ливермора и Калифорнийского университета в Ирвайне совершили прорыв в лазерных технологиях. Они создали и продемонстрировали первый в мире высокоинтенсивный лазерный импульс, закрученный в спираль, подобно пружине или нити ДНК. Исследование, опубликованное в журнале Nature Photonics, открывает путь к созданию настольных систем, способных генерировать рекордные магнитные поля и ускорять частицы до колоссальных энергий.
Традиционно мощные лазеры воздействуют на плазму как удар молотка — это просто круглое пятно света. Новая технология позволяет создавать импульсы, структурированные как в пространстве, так и во времени. «Нас интересуют лазерные импульсы, которые позволяют делать необычные вещи, например, перемешивать плазму», — объясняет ведущий автор исследования Эндрю Лонгман.
Вращающийся луч, который при попадании на стену описывает окружность, способен создавать совершенно новые типы плазменных волн. Более того, скорость его вращения можно контролировать в огромном диапазоне, включая кажущиеся сверхсветовые скорости, что не нарушает теорию относительности.
Прорыв стал возможен благодаря созданию одних из самых точных зеркал в мире. На их поверхности был выгравирован тончайший спиральный узор. Чтобы понять масштаб: если бы зеркало диаметром 15 см увеличили до мили, высота узора составила бы всего полдюйма. Погрешность при изготовлении составляла всего около пяти нанометров — практически на атомном уровне.
Технология работает следующим образом: исходный лазерный луч разделяют на два — один с короткими («синими») волнами, а другой с длинными («красными»). Затем каждый из них отражается от своего наноструктурированного зеркала, которое и закручивает его в спираль. На заключительном этапе лучи снова соединяются, образуя единый импульс в форме скрученной нити.
Потенциал применения «световых пружин» огромен. Моделирование показывает, что они могут эффективно генерировать магнитные поля свыше 100 тесла — уровень самых мощных лабораторных магнитов, но с помощью относительно компактной, настольной системы. Это позволит создавать экстремальную материю и изучать поведение вещества в условиях, схожих с астрофизическими, например, в окрестностях нейтронных звезд. Кроме того, технология способна революционизировать ускорители: в отличие от обычных плазменных ускорителей, где электроны быстро «убегают» от ускоряющей волны, спиральная волна вращается по мере движения, удерживая частицы в зоне ускорения дольше.
Ученые уже работают над упрощением конструкции, чтобы объединить всю сложную оптику в один компонент, что сделает технологию более доступной для широкого применения в науке.
Тем временем российские физики впервые подтвердили эффект сверхразрешения на практике. Hi-Tech Mail объяснил суть открытия и его значение для микроскопии и приборостроения.
Источник: hi-tech.mail.ru