Equipe estrangeira desenvolve nova maneira de criar pulsos de laser com 1000 vez mais potência!

Recentemente, cientistas num estudo conjunto usaram simulações de computador para demonstrar um novo método de compressão da luz para aumentar a sua intensidade o suficiente para extrair partículas do vácuo e estudar a natureza da matéria.
Para conseguir isso, os três grupos de pesquisa uniram forças para criar um espelho muito especial – um espelho que não apenas reflete pulsos de luz, mas também os comprime no tempo por um fator de mais de 200, com potencial para compressão adicional.
A equipe da Universidade de Strathclyde, UNIST e GIST teve uma ideia simples - usar gradientes na densidade do plasma (matéria totalmente ionizada) para “agrupar” fótons, semelhante a um conjunto de carros esticados! ao encontrar uma colina íngreme. Isto poderia revolucionar a próxima geração de lasers, aumentando a sua potência em mais de um milhão de vezes o que é alcançável hoje.
Este novo método de compressão de pulsos de laser em plasma foi publicado na revista Nature Photonics.
Os lasers de maior potência do mundo têm uma potência de pico de cerca de 10 watts de batimento. Neste contexto, 173 beat-watts (173 x 1015 W) de luz solar atingem a atmosfera superior da Terra, com cerca de um terço disso atingindo a superfície da Terra. Um beat-watt equivale a 1.015 W, um ewatt equivale a 1.018 W e um zéfiro-watt equivale a 1.021 W. O sol produz 4x1026 watts de eletricidade ou 400,000 zettawatts.
Lasers de alta potência produzem pulsos de luz de duração muito curta, normalmente alguns femtossegundos (1 femtossegundo=10-15 segundos), o que é alcançado por uma técnica chamada amplificação de pulso chirped (CPA), que envolve compressão de pulso, essencialmente concentrando a energia de um pulso de laser durante um curto período de tempo, aumentando assim sua potência de pico em muitas ordens de magnitude.
O professor Dino Jaroszynski, do Departamento de Física da Universidade de Strathclyde, disse:"Uma questão importante e fundamental é o que acontece quando a intensidade da luz excede os níveis comuns na Terra. Lasers de alta potência permitem aos cientistas responder a questões fundamentais sobre a natureza da matéria e do vácuo, e explorar o chamado limite de intensidade."
"A aplicação de terawatts a lasers de watts-batimento para a matéria está permitindo o desenvolvimento da próxima geração de pedais de gás de plasma a laser, que são milhares de vezes menores que os pedais de gás convencionais. Fornecer aos cientistas novas ferramentas está mudando a forma como a pesquisa científica é conduzida. . Estabelecemos o Centro Escocês para Aplicações de Aceleradores de Plasma (SCAPA) na Universidade de Strathclyde para desenvolver aplicações baseadas em lasers de alta potência."
O professor Min Sip Hur da UNIST disse: "Espera-se que os resultados desta pesquisa sejam aplicáveis ​​a uma variedade de campos, incluindo física teórica avançada e astrofísica. Também poderia ser usado na pesquisa de fusão a laser para ajudar a resolver os problemas energéticos que a humanidade enfrenta. Nossa equipe conjunta da Coreia e do Reino Unido planeja validar experimentalmente essas ideias em laboratório.”
O professor Hyyong Suk do GIST disse: "O plasma pode desempenhar um papel semelhante em um sistema CPA como uma rede de difração convencional, mas é um material que não será destruído. Portanto, irá aprimorar a tecnologia CPA convencional, incluindo um muito simples componente adicional. Mesmo que o plasma tenha apenas alguns centímetros de tamanho, ele pode ser usado em lasers com potências de pico superiores a 100 milhões de watts."
Um bilhão de watts e zero watts já são potências muito altas, mas sua intensidade pode ser bastante aumentada simplesmente usando lentes ou espelhos curvos para focar o pulso de laser em um pequeno ponto para concentrar sua energia. Semelhante à compressão de um pulso de laser no tempo para uma duração mais curta, a mesma coisa pode ser feita para comprimir o pulso no espaço, ou seja, focalizá-lo em um pequeno ponto. Assim, a compressão, no espaço ou no tempo, permite um aumento na intensidade do pulso do laser de uma forma muito geral. A compressão espacial pode ser facilmente testada usando uma lente para focar a luz solar em um pedaço de papel; entrará em combustão espontânea.
A matéria sofre várias mudanças com intensidade crescente. Por exemplo, a ionização do ar em comprimentos de onda visíveis excede 1010-1012 W/cm2, e quando os elétrons são submetidos a lasers com intensidades superiores a 1018 W/cm2, eles se aproximam da velocidade da luz, levando ao reino da óptica relativística.
Em intensidades de 1024 W/cm2 e superiores, os prótons se aproximam da velocidade da luz e as partículas que sofrem um forte campo de laser reagem com seu próprio campo de radiação, que é a atual fronteira de intensidade na física. Em intensidades acima de 1029 W/cm2, o bem conhecido limite de Schwinger, as partículas são criadas diretamente a partir da luz do vácuo e podem ser convertidas diretamente em matéria. Isso requer lasers AiW a ZiW.
Compreender a natureza da matéria e do vácuo em intensidades acima de 1024 W/cm2 é um dos maiores desafios da física moderna. Lasers de alta potência também permitem o estudo de fenômenos astrofísicos em laboratório, fornecendo informações únicas sobre o interior das estrelas e as origens do universo.