Tim istraživača sa Sveučilišta Nebraska-Lincoln nedavno je izveo eksperiment u kojem su uspjeli ubrzati elektrone u plazmi kako bi se približili brzini svjetlosti. Ova "optička raketa", koja je gurnula elektrone silom trilijuna bilijuna puta većom od one generirane konvencionalnom raketom, mogla bi imati ozbiljne posljedice za sve, od svemirskog putovanja do računanja i nanotehnologije.
Kada je riječ o budućnosti svemira i znanstvenim istraživanjima, jasno je da će svjetlost igrati vitalnu ulogu. S jedne strane, svemirske agencije istražuju "optičku komunikaciju" - slanje informacija pomoću lasera - za rješavanje sve veće količine podataka koje će misije prikupljati i slati na Zemlju. S druge strane, istraživači i inženjeri traže lasere za provođenje mikroskopskih manipulacija materijom i optičkim računalima.
Međutim, jedan od glavnih izazova kod ovakvih vrsta aplikacija bila je veličina opreme koja se radi. Ono se svodi na to da su konvencionalni, visokoenergetski laseri uglavnom veliki i skupi. Kao takva, mogućnost smanjivanja procesa u kojem se svjetlost koristi za ubrzavanje čestica ne bi bila samo blagodat za istraživače, već bi mogla dovesti i do bezbroj novih primjena.
Upravo je to tim iz UNL-ovog Laboratorija za ekstremno svjetlo (ELL) učinio pomoću laboratorija Diocles Laser. Ovaj rendgenski laser, koji je deset milijuna puta svjetliji od sunca, korišten je za fokusiranje brzih laserskih impulsa na elektrone u plazmi - proces poznat kao ubrzanje budnog polja (ili ubrzanje elektrona). Studija koja opisuje njihova otkrića nedavno se pojavila u časopisu Pisma o fizičkom pregledu.
Obično svjetlost daje sićušnu silu gdje god se odbija, raspršila ili apsorbirala. Iako je sila izrazito mala, može imati kumulativni učinak kad je pravilno i kontinuirano fokusirana. Tijekom eksperimenta, tim je otkrio da svjetlosni impulsi uzrokuju istiskivanje elektrona u plazmi s puta impulsa, stvarajući plazma valove u njihovom buđenju.
Elektroni su također pokupili dodatna ubrzanja iz ovih "valovitih polja", što ih je dovelo do ultra-relativističke brzine (tj. Blizu brzine svjetlosti). Kao što je u priopćenju Nebraske Today objasnio Donald Umstadter, direktor Laboratorija za ekstremno svjetlo:
„Ova nova i jedinstvena primjena jakog svjetla može poboljšati performanse kompaktnih akceleratora elektrona. No, novost i općenitiji znanstveni aspekt naših rezultata je da je primjena sile svjetlosti rezultirala izravnim ubrzanjem materije. "
Ovaj novi eksperiment učinkovito je pokazao sposobnost upravljanja početnom fazom ubrzanja budnog polja, što može poboljšati performanse kompaktnih akceleratora elektrona. Značajno je po tome što ima brojne primjene koje ranije nisu bile moguće, zbog ogromne veličine konvencionalnih akceleratora elektrona.
Jedna takva aplikacija poznata je i kao "optički pinceta", proces u kojem se svjetlost koristi za manipuliranje mikroskopskim objektima. Druga moguća primjena je koncept poznat kao "svjetlosno jedro" (aka. Solarna ili fotonska ćelija), metoda svemirskog pogona gdje se fokusirana laserska zraka koristi za ubrzavanje reflektivnog jedra do nevjerojatnih brzina.
Jedan takav primjer je Breakthrough Starshot, predloženi svemirski brod koji je razvila Breakthrough Initiatives - neprofitna organizacija koju je osnovao ruski milijarder Jurij Milner. Sastojivši od nano letjelice koju vuče brod s znamenitošću, ova svemirska letjelica oslanjala bi se na fokusirane lasere kako bi je ubrzala do relativističkih brzina (20% brzine svjetlosti). S ovom brzinom, letjelica bi mogla krenuti do Alfa Centaura za samo 20 godina i tamo je mogla poslati slike bilo kojeg egzoplaneta (uključujući Proxime b).
U međuvremenu će ovaj eksperiment vjerojatno otvoriti ozbiljne istraživačke mogućnosti za fizičare čestica. Istraživanje je vodio Grigoroy Golovin, postdoc istraživač sa Sveučilišta Nebraska-Lincoln (UNL) Extreme Light Laboratory (ELL), a uključio je više znanstvenika s ELL-a i šangajskog sveučilišta Jiao Tong.
