Fyzici z University of Nebraska-Lincoln vidia každodenný jav v novom svetle.
Sústredením laserového svetla na jas 1 miliárd krát väčší ako jas povrchu slnka - vytvorili najjasnejšie svetlo, aké sa kedy na Zemi vytvorilo - fyzici pozorovali zmeny v interakciu medzi svetlom a hmotou, ktorá nám umožňuje vidieť svet okolo nás.
Tieto zmeny ukázali unikátne röntgenové impulzy s potenciálom vytvoriť snímky s mimoriadne vysokým rozlíšením, ktoré sú užitočné pre medicínske, technické, vedecké a bezpečnostné účely. Zistenia výskumného tímu, sú podrobne popísané v článku vo vydaní časopisu Nature Photonics z 26. júna.
Donald Umstadter a jeho kolegovia z laboratória Extreme Light Laboratory vystrelili svoj dioptrický laser na elektrón v heliu aby zmerali, ako sú laserové fotóny - považované za častice aj vlny svetla - rozptýlené jedným elektrónom potom, ako ho zasiahli.
Za typických podmienok, ako keď svetlo zo žiarovky alebo slnka zasiahne povrch látky, tento rozptyl umožňuje naše videnie (vidíme predmet vďaka na ňom, na jeho elektrónoch rozptýleným fotónom). Ale elektrón - negatívne nabitá častica prítomná v atómoch tvoriacich hmotu - normálne rozptýli len jeden fotón svetla naraz. "A priemerný elektrón zriedkavo užíva toto privilégium", hovorí Umstadter, "je zasiahnutý len raz za štyri mesiace."
Hoci predchádzajúce experimenty na báze laseru rozptýlili niekoľko fotónov z rovnakého elektrónu, Umstadterov tím dokázal naraz rozptylovať takmer 1000 fotónov. Pri ultra vysokých intenzitách produkovaných laserom sa aj fotóny a elektrón správali omnoho inak než zvyčajne.
"Keď máme toto nepredstaviteľne jasné svetlo, ukáže sa, že sa rozptyl - táto základná vec, ktorá robí všetko viditeľné - v prírode (pri vysokých intenzitách rozptýlených fotónov) podstatne mení," povedal Umstadter, Leland a Dorothy Olson profesor fyziky a astronómie.
Fotón zo štandardného svetla sa zvyčajne rozptyľuje pod rovnakým uhlom , bez ohľadu na to, aké jasné je svetlo. Napriek tomu Umstadterov tím zistil, že nad určitou prahovou hodnotou jas laseru zmenil uhol, tvar a vlnovú dĺžku rozptýleného svetla.
"Takže to je, akoby sa veci javili rozdielne, keď ste zvýšili jas svetla, čo nie je niečo, čo by ste normálne zažili," povedal Umstadter. "(Objekt) sa normálne stáva jasnejším, ale inak vyzerá rovnako ako pri nižšej úrovni svetla. Ale tu svetlo mení vzhľad (objektu). Svetlo vychádza z rôznych uhlov, s rôznymi farbami, v závislosti od toho, aké je to jasné."
Tento fenomén bol čiastočne spôsobený zmenou elektrónu, ktorý opustil svoj obvyklý pohyb smerom nahor a nadol v prospech modelu letu tvaru 8. Rovnako ako za normálnych podmienok, elektrón tiež vysunul svoj vlastný fotón, ktorý bol roztrhnutý energiou prichádzajúcich fotónov. Ale vedci zistili, že vysunutý fotón absorboval kolektívnu energiu všetkých rozptýlených fotónov a poskytol im energiu a vlnovú dĺžku röntgenového žiarenia.
"Jedinečné vlastnosti tohto röntgenového žiarenia môžu byť použité viacerými spôsobmi", povedal Umstadter. Jeho extrémny, ale úzky rozsah energie v kombinácii s mimoriadne krátkym trvaním by mohol pomôcť generovať trojrozmerné obrazy v nanoskopickej škále a zároveň znížiť dávku svetla potrebnú na ich výrobu.
Laboratórium extrémneho svetla Univerzita v Nebraske-Lincolne
Pomocou laseru zaostreného na najjasnejšiu intenzitu, ktorá bola doposiaľ zaznamenaná, dokázali fyzici laboratória Extreme Light Laboratory vyrábať jedinečné röntgenové impulzy s väčšou energiou ako ich konvenčné protipóly. Tím demonštroval tieto röntgenové lúče zobrazením obvodov USB disku.
Tieto vlastnosti by ho mohli kvalifikovať na hľadanie nádorov alebo mikrofraktúr, ktoré sa vyhýbajú bežným röntgenovým lúčom, mapujú molekulárne krajiny nanoskopických materiálov, ktoré sa teraz nachádzajú v technológii polovodičov alebo zisťujú čoraz sofistikovanejšie hrozby na bezpečnostných kontrolných miestach. Atómový a molekulárney fyzici môžu tiež použiť röntgenové žiarenie ako formu ultrarýchlej kamery na zachytenie snímok pohybu elektrónov alebo chemických reakcií.
Umstadter a jeho kolegovia sú nadšení vedeckými dôsledkami svojho experimentu. Vytvorením vzťahu medzi jasom lasera a vlastnosťami jeho rozptýleného svetla tím potvrdil nedávno navrhnutý spôsob merania intenzity píku laseru. Štúdia tiež podporila niekoľko dlhoročných hypotéz, že technologické obmedzenia vedú fyzikov k priamemu testovaniu.
"Existuje veľa teórií, ktoré nikdy nebolo testované v laboratóriu, pretože sme nikdy nemali dostatočne silný svetelný zdroj, aby sme skutočne mohli experimentovať," povedal Umstadter. "Existovali rôzne predpovede o tom, čo sa stane, a niektoré z týchto predpovedí sme potvrdili.
"Je to všetko súčasť toho, čo nazývame elektrodynamika. Existujú učebnice klasickej elektrodynamiky, ktoré sa učia všetci fyzici. Takže to bol v určitom zmysle skutočne učebnicový experiment."
Umstadter vypracoval štúdiu s tímom spoluatorov, tkroý zahŕňa nasledujúcich spolupracovníkov: Sudeep Banerjee a Shouyuan Chen, docenti fyziky a astronómie; Grigory Golovin a Cheng Liu; Wenchao Yan, Ping Zhang, Baozhen Zhao a Jun Zhang, postdoctorálnych výskumníkov vo fyzike a astronómii; Colton Fruhling a Daniel Haden, doktorandi vo fyzike a astronómii; Spolu s Min Chen a Ji Luom z Šanghajskej univerzity Jiao Tong.
Zdroj: news.unl.edu
etpozemstan