利用強(qiáng)激光產(chǎn)生的“光學(xué)火箭”
在內(nèi)布拉斯加州大學(xué)林肯分校最近的一項實驗中,在強(qiáng)激光脈沖路徑上的等離子體電子幾乎瞬間加速到接近光速。 物理學(xué)教授Donald Umstadter領(lǐng)導(dǎo)了這一用于證實先前理論的研究實驗,他說新的應(yīng)用可能被恰當(dāng)?shù)胤Q為“光學(xué)火箭”,因為光在實驗中施加了巨大的力。這些電子所受到的力幾乎是宇航員發(fā)射到太空所感受到的力的萬億倍。 在內(nèi)布拉斯加大學(xué)林肯分校的超強(qiáng)光實驗室的一臺激光器,最近研究團(tuán)隊在實驗室使用使電子加速到接近光速。圖片來源:內(nèi)布拉斯加大學(xué)林肯分校。 “這種新的和獨特的強(qiáng)光應(yīng)用可以提高緊湊型電子加速器的性能,”他說。“但是,我們結(jié)果的新穎和更普遍的科學(xué)方面是,光力的應(yīng)用導(dǎo)致物質(zhì)的直接加速! Umstadter說,光學(xué)火箭將是光的力量如何被用作工具的最新例子。 正常強(qiáng)度光在反射、散射或吸收時只施加了微小的力。這種力量的一個應(yīng)用是一種可以用來推動航天器的“光帆”。然而,由于在這種情況下光力非常小,因此航天器需要連續(xù)多年施加光力才能達(dá)到高速。 上圖為內(nèi)布拉斯加大學(xué)林肯分校研究人員Grigory Golovin。 當(dāng)光具有強(qiáng)度梯度時,會產(chǎn)生另一種力。這種光力的一個應(yīng)用比如用作“光學(xué)鑷子”,用來操縱顯微鏡下的物質(zhì),此時所用的力又非常小。 在Nebraska實驗中,激光脈沖聚焦在等離子體中。當(dāng)?shù)入x子體中的電子通過其梯度力從光脈沖的路徑中排出時,等離子體波在脈沖的尾流中被驅(qū)動,并且允許電子捕獲尾場波,這進(jìn)一步加速電子到超相對論能量。這種強(qiáng)光為更好的控制尾場加速的初始階段,用于提高新一代緊湊型電子加速器的性能等新應(yīng)用提供了手段,由于傳統(tǒng)加速器的巨大體積,這將為一系列以前不能實現(xiàn)的應(yīng)用鋪平道路。 |