Нима е преодоляна границата на Швингер? Учени създадоха светлина с безпрецедентна мощност

Новият метод позволява да се постигне рекорден интензитет на светлината.

Изследователи от няколко водещи научни центъра във Франция – LIDYL, CEA, CNRS и Университета Париж-Саклай – са разработили нов обещаващ метод за постигане на безпрецедентно висока интензивност на светлината в лабораторни условия.

Тяхната идея е да се използват тясно фокусирани лазерни импулси с ефекта на Доплер, като по този начин се постига допълнително усилване на светлината вследствие на движението на разсейващите я частици. Благодарение на това учените очакват да се доближат до т.нар. граница на Швингер – критичния интензитет на електромагнитното поле, при който трябва да започнат да се проявяват съвсем нови квантови ефекти в силни полета.

Новата технология е подробно описана в статия, публикувана в авторитетното научно списание Physical Review Letters. Ако тя бъде успешно приложена на практика, това може да отвори пътя към изучаването на недостъпни досега физични режими при екстремни интензивности на електромагнитните полета.

„Идеята се зароди в нашия екип през 2019 г. и оттогава тя активно се проучва съвместно с Националната лаборатория „Джон Ф. Кенеди“. Националната лаборатория „Лорънс“ в Бъркли“,

казват авторите на статията Анри Винсенти и Нийл Заим.

Учените разработват съвсем нова техника за създаване на светлинни източници с екстремна интензивност, която ще позволи изучаването на режима на квантовата електродинамика със силно поле (SF-QED).

Теорията и експериментът

Квантовата електродинамика (QED) е една от най-точните теории във физиката. Въпреки това нейният режим на силното поле остава слабо проучен поради трудностите при експерименталното наблюдение.

Теорията SF-QED, разработена преди десетилетия, прогнозира появата на нови физични явления при много силни електромагнитни полета. Тези явления включват излъчване на гама лъчи и образуване на двойки частица-античастица.

Досега не беше възможно да се възпроизведат експериментално режимите, описани от SF-QED. Проблемът е, че за това са необходими електромагнитни полета, близки до границата на Швингер (около 10^18 волта/метър или 10^29 волта/см^2). Такива огромни стойности на напрегнатостта на полето са на много порядъци отвъд възможностите на съвременните лазери.

Неотдавна обаче учените Винсенти и Заим предложиха метод, който потенциално може да увеличи интензивността на лазерните импулси с 2-5 порядъка. Ако този метод се окаже успешен, ще бъде възможно да се постигне интензивност на полето от 10^25-10^28 волта/см^2. Това, от своя страна, ще позволи експериментално да се изследва новата физика на силните полета, предсказана от теорията SF-QED.

Бъдещи експерименти и перспективи

В своята статия учените представиха резултатите от компютърни симулации, които показват, че техният метод е в състояние да задейства множество явления, предвидени от теорията SF-QED. Така например взаимодействието на усиления светлинен импулс с твърдотелна мишена може да доведе до образуването на плътни плазмени съсиреци, излъчващи интензивни гама лъчи и състоящи се от електронно-позитронни двойки.

„Очакваме подобни експерименти да открият нови хоризонти в областта на физиката на плазмата и квантовата електродинамика“,

казва един от авторите, Винсенти.

Близките планове на учените са да приложат предложената техника в реални експерименти в големи лазерни съоръжения по целия свят. Основната задача е да се постигне възможно най-високата интензивност на светлинните импулси в реални експериментални условия.

Ако това бъде постигнато, разработената техника може да се превърне в ключ към съвсем нови пробивни изследвания и поставяне на нови рекорди в областта на свръхинтензивните светлинни полета и квантовата електродинамика като цяло.