Международная группа физиков создала в лаборатории самый интенсивный свет в истории человечества
Международная группа исследователей продемонстрировала новый метод получения самого интенсивного света из когда-либо созданных в лабораторных условиях. Эта работа предлагает практический путь для изучения квантовой электродинамики (КЭД) — фундаментального раздела физики, описывающего взаимодействие света и материи на самом базовом уровне.
Ученые из Оксфордского университета, Университета Королевы в Белфасте и глобальные партнеры использовали лазер Gemini для «сжатия» света с помощью облаков заряженных частиц, называемых плазмой. Это достижение может привести к более сложным экспериментам по проверке фундаментальных законов физики, заставляя свет сталкиваться напрямую с квантовым вакуумом.
Как отметил ведущий автор исследования доктор Робин Тиммис из Физического факультета Оксфордского университета, сделанные на сегодняшний день открытия поразительны, и исследователи только начинают понимать богатую и сложную физику этого механизма. Проведенные симуляции показывают, что ученые, возможно, создали самый мощный источник когерентного света из всех существовавших.
Открытие основано на двух сложных методиках: релятивистской генерации гармоник и когерентной фокусировке гармоник. Используя лазер Gemini для направления интенсивных импульсов на плазменное зеркало, движущееся с релятивистской скоростью, исследователи успешно продемонстрировали релятивистскую генерацию гармоник. Поскольку это зеркало движется навстречу источнику света с релятивистской скоростью, отраженный свет сжимается и преобразуется в гораздо более высокие энергии (аналогично эффекту Доплера). Затем команда сконцентрировала эти световые волны с помощью когерентной фокусировки гармоник. Подобно тому, как увеличительное стекло фокусирует солнечный свет для поджигания бумаги, эта техника концентрирует несколько длин волн высокоэнергетического света в одну микроскопическую точку, действуя как «квантовая увеличительное стекло» и создавая беспрецедентную концентрацию энергии.
Данный прорыв предоставляет практический инструментарий для непосредственного зондирования квантовой электродинамики и наблюдения за фундаментальными экстремальными взаимодействиями между светом и квантовым вакуумом. Важность этого метода заключается в том, что на протяжении десятилетий для изучения глубинных законов квантовой электродинамики требовалось сталкивать пучки частиц с лазерами — процесс, столь же запутанный и сложный, как анализ автомобильной аварии по видеозаписям с десяти разных движущихся камер. Новый метод интегрирует всё взаимодействие непосредственно в саму лазерную систему. Благодаря прямому наблюдению отпадает необходимость в сложных математических преобразованиях, что наконец устраняет 20-летний разрыв между теоретическими предсказаниями и экспериментальными результатами. Результатом стал гораздо более ясный и оптимизированный подход, упрощающий изучение самых экстремальных законов Вселенной.
Работа, охватившая 2024 и 2025 годы, стала результатом глобальных усилий с участием экспертов в области сильнопольной физики из британской компании AWE plc, Мичиганского университета и Йенского университета в Германии. Проект базировался на докторской работе доктора Робина Тиммис, которую поддерживали Оксфордский центр наук о высокой плотности энергии и Оксфордско-Берманская стипендия по физике до защиты диссертации в 2024 году. Соавтор исследования профессор Брендан Дромей из Университета Королевы в Белфасте отметил, что эта работа представляет собой синтез лазерных технологий, физики плазмы и физики сверхбыстрых материалов, тонко настроенный для разрешения устойчивого несоответствия между теорией и экспериментом, которое разочаровывало научное сообщество более двух десятилетий. Данное достижение является практическим прогрессом, который позволит проверить законы физики в условиях, которые ранее считалось невозможным воспроизвести в лаборатории.
Исследование в журнале Nature.