¡Un equipo extranjero desarrolla una nueva forma de crear pulsos láser con 1000 veces más potencia!

Recientemente, los científicos en un estudio conjunto utilizaron simulaciones por computadora para demostrar un nuevo método de comprimir la luz para aumentar su intensidad lo suficiente como para extraer partículas del vacío y estudiar la naturaleza de la materia.
Para lograrlo, los tres grupos de investigación han unido fuerzas para crear un espejo muy especial, uno que no sólo refleja los pulsos de luz, sino que también los comprime en el tiempo en un factor de más de 200, con potencial para una mayor compresión.
Al equipo de la Universidad de Strathclyde, UNIST y GIST se le ocurrió una idea sencilla: utilizar gradientes en la densidad del plasma (materia totalmente ionizada) para "agrupar" fotones, de forma similar a un conjunto de coches estirados. al encontrarse con una colina empinada. Esto podría revolucionar la próxima generación de láseres, aumentando su potencia en más de un millón de veces lo que se puede lograr hoy.
Este nuevo método de comprimir pulsos láser en plasma se publica en la revista Nature Photonics.
Los láseres de mayor potencia del mundo tienen una potencia máxima de unos 10 vatios. En este contexto, 173 latidos-vatios (173 x 1015 W) de luz solar llegan a la atmósfera superior de la Tierra, y aproximadamente un tercio de esa cantidad llega a la superficie de la Tierra. Un beat-watt es de 1015 W, un ewatt es de 1018 W y un zephyr-watt es de 1021 W. El sol produce 4x1026 vatios de electricidad o 400000 zettawatts.
Los láseres de alta potencia producen pulsos de luz de muy corta duración, normalmente unos pocos femtosegundos (1 femtosegundo=10-15 segundos), lo que se logra mediante una técnica llamada amplificación de pulso chirriado (CPA), que implica la compresión del pulso, esencialmente concentrando la energía. de un pulso láser durante un corto período de tiempo, aumentando así su potencia máxima en muchos órdenes de magnitud.
El profesor Dino Jaroszynski, del Departamento de Física de la Universidad de Strathclyde, dijo: "Una pregunta importante y fundamental es qué sucede cuando la intensidad de la luz excede los niveles comunes en la Tierra. Los láseres de alta potencia permiten a los científicos responder preguntas fundamentales sobre la naturaleza de la materia y el vacío, y explorar el llamado límite de intensidad".
"La aplicación de láseres de teravatios para superar a los láseres de vatios a la materia está permitiendo el desarrollo de la próxima generación de pedales de acelerador de plasma láser, que son miles de veces más pequeños que los pedales de acelerador convencionales. Proporcionar a los científicos nuevas herramientas está cambiando la forma en que se lleva a cabo la investigación científica "Hemos creado el Centro Escocés para Aplicaciones de Aceleradores de Plasma (SCAPA) en la Universidad de Strathclyde para avanzar en aplicaciones basadas en láseres de alta potencia".
El profesor Min Sip Hur de UNIST dijo: "Se espera que los resultados de esta investigación sean aplicables a una variedad de campos, incluida la física teórica avanzada y la astrofísica. También podrían usarse en la investigación de fusión láser para ayudar a resolver los problemas energéticos que enfrenta la humanidad. Nuestro equipo conjunto de Corea y el Reino Unido planea validar experimentalmente estas ideas en el laboratorio".
El profesor Hyyong Suk de GIST dijo: "El plasma puede desempeñar un papel similar en un sistema CPA al de una rejilla de difracción convencional, pero es un material que no será destruido. Por lo tanto, mejorará la tecnología CPA convencional al incluir un sistema muy simple. "Componente adicional. Incluso si el plasma tiene sólo unos pocos centímetros de tamaño, se puede utilizar en láseres con potencias máximas de más de 100 millones de vatios."
Mil millones de vatios y cero vatios ya son potencias muy altas, pero su intensidad se puede aumentar considerablemente simplemente usando lentes o espejos curvos para enfocar el pulso láser en un pequeño punto para concentrar su energía. De manera similar a comprimir un pulso láser en el tiempo a una duración más corta, se puede hacer lo mismo para comprimir el pulso en el espacio, es decir, enfocarlo en un punto pequeño. Así, la compresión, en el espacio o en el tiempo, permite un aumento de la intensidad del pulso láser de forma muy general. La compresión espacial se puede probar fácilmente utilizando una lente para enfocar la luz del sol en una hoja de papel; arderá espontáneamente.
La materia sufre diversos cambios con intensidad creciente. Por ejemplo, la ionización del aire en longitudes de onda visibles supera los 1010-1012 W/cm2, y cuando los electrones se someten a láseres con intensidades superiores a 1018 W/cm2, se acercan a la velocidad de la luz, lo que lleva al ámbito de la óptica relativista.
A intensidades de 1024 W/cm2 y superiores, los protones se acercan a la velocidad de la luz y las partículas que experimentan un fuerte campo láser reaccionan con su propio campo de radiación, que es la frontera de intensidad actual en física. A intensidades superiores a 1.029 W/cm2, el conocido límite de Schwinger, las partículas se crean directamente a partir de la luz del vacío y pueden convertirse directamente en materia. Esto requiere láseres AiW a ZiW.
Comprender la naturaleza de la materia y el vacío a intensidades superiores a 1024 W/cm2 es uno de los desafíos más importantes de la física moderna. Los láseres de alta potencia también permiten el estudio de fenómenos astrofísicos en el laboratorio, proporcionando información única sobre el interior de las estrellas y los orígenes del universo.