Ryhmä tutkijoita Nebraska – Lincolnin yliopistosta suoritti äskettäin kokeilun, jossa he pystyivät kiihdyttämään plasmaelektroneja lähellä valonopeutta. Tällä ”optisella raketilla”, joka työntää elektroneja triljoonaa biljoonaa kertaa suuremmalla voimalla kuin tavanomaisen raketin tuottama, voi olla vakavia vaikutuksia kaikkeen avaruusmatkoista laskentaan ja nanoteknologiaan.
Avaruustutkimuksen ja tieteellisen tutkimuksen tulevaisuuden suhteen on selvää, että valolla on tärkeä rooli. Yhtäältä, avaruusjärjestöt tutkivat ”optista viestintää” - tiedon lähettämistä laserien avulla - hoitaakseen kasvavat määrät tiedottehtäviä, joita kerätään ja lähetetään Maahan. Tutkijat ja insinöörit toisaalta etsivät lasereita aineiden ja optisten tietokoneiden mikroskooppisten käsittelyjen suorittamiseksi.
Yksi tärkeimmistä haasteista tällaisissa sovelluksissa on ollut mukana olevien laitteiden koko. Tuloksena on se, että perinteiset, korkeaenergiset laserit ovat yleensä suuria ja kalliita. Sellaisenaan kyky skaalata prosessia, jossa valoa käytetään hiukkasten kiihdyttämiseen, ei ole vain tutkijoiden siunaus, se voi johtaa myös lukemattomiin uusiin sovelluksiin.
Juuri tämän UNL: n Extreme Light Laboratoryn (ELL) tiimi teki laboratorion Diocles Laser -laitteella. Tätä röntgenlaseria, joka on kymmenen miljoonaa kertaa kirkkaampi kuin aurinko, käytettiin tarkentamaan nopeat laserpulssit plasmaelektroneihin - prosessi, joka tunnetaan Wakefield-kiihtyvyytenä (tai elektronikiihtyvyydenä). Tutkimus, joka kuvaa heidän havaintojaan, ilmestyi äskettäin Fyysiset tarkistuskirjeet.
Tavallisesti valo kohdistaa pienen voiman minne tahansa heijastuu, sironnut tai imeytyy. Vaikka voima on erittäin pieni, sillä voi olla kumulatiivinen vaikutus, kun se on kohdistettu oikein ja jatkuvasti. Kokeen aikana joukkue havaitsi, että valopulssit saivat elektronit plasmassa työntymään pois pulssien tieltä, aiheuttaen plasmaaaltoja niiden seurauksena.
Elektronit ottivat myös ylimääräisen kiihtyvyyden näistä “wakefield-aalloista”, mikä toi ne ultrareativistisiin nopeuksiin (ts. Lähellä valon nopeutta). Kuten Äärimmäisen valon laboratorion johtaja Donald Umstadter selitti Nebraska Today -lehdistötiedotteessa:
”Tämä uusi ja ainutlaatuinen voimakkaan valon sovellus voi parantaa pienikokoisten elektronikiihdyttimien suorituskykyä. Mutta tulosten uusi ja yleisempi tieteellinen näkökohta on, että valon voimankäyttö johti aineen välittömään kiihtyvyyteen. "
Tämä uusi kokeilu osoitti tehokkaasti kyvyn hallita Wakefield-kiihtyvyyden alkuvaihetta, mikä voisi parantaa pienikokoisten elektronikiihdyttimien suorituskykyä. Se on merkitsevä, että sillä on lukuisia sovelluksia, jotka aikaisemmin eivät olleet mahdollisia, johtuen tavanomaisten elektronikiihdyttimien valtavasta koosta.
Yksi tällainen sovellus tunnetaan nimellä “optinen pinsetti”, prosessi, jossa valoa käytetään manipuloimaan mikroskooppisia esineitä. Toinen mahdollinen sovellus on käsite, joka tunnetaan nimellä “kevyt purje” (alias. Aurinko- tai fotonisolu), menetelmä avaruuksien kuljettamiseksi, jossa keskittynyttä lasersätettä käytetään heijastavan purjeen kiihdyttämiseen uskomattomaan nopeuteen.
Yksi sellainen esimerkki tästä on Breakthrough Starshot, ehdotettu avaruusalus, jonka kehittää Breakthrough Initiatives - venäläisen miljardööri Juri Milnerin perustama voittoa tavoittelematon järjestö. Koostuen siitä, että nanorakennetta vetäisiin nähtävyyspurjeella, tämä avaruusalus luottaa fokusoituihin lasereihin kiihdyttämään sitä relativistisiin nopeuksiin (20% valon nopeudesta). Tällä nopeudella veneet pystyisivät matkalle Alpha Centauriin vain 20 vuodessa ja voisivat lähettää takaisin kuvia kaikista siellä olevista eksoplaneetoista (mukaan lukien Proxima b).
Sillä välin tämä kokeilu avaa todennäköisesti vakavia tutkimusmahdollisuuksia hiukkasfyysikoille. Tutkimusta johti Grigoroy Golovin, postdoktoritutkija Nebraska-Lincolnin yliopiston (UNL) äärimmäisen valon laboratoriosta (ELL), ja tutkimukseen osallistui useita tutkijoita ELL: stä ja Shanghain Jiao Tong -yliopistosta.
