Физики из Техасского и Мичиганского университетов разработали и испытали аппаратуру, которая позволяет фотографировать сверхбыстрые кильватерные волны, распространяющиеся в разреженной плазме.
Кильватерные волны в плазме чаще всего возбуждают с помощью мощных импульсов лазерного излучения. Каждый такой импульс выталкивает электроны со своего пути и потому тянет за собой волну зарядовой плотности. В сильно разреженной плазме скорость импульса почти не отличается от скорости света. Поскольку кильватерная волна распространяется вслед за импульсом без отставания, ее фазовая скорость совпадает с групповой скоростью самого импульса, то есть опять-таки приближается к световой. Фазовая скорость кильватерной волны в данном эксперименте составила 0,99997 скорости света.
Кильватерные плазменные волны давно интересуют ученых — и сами по себе, и как средство создания мощных электронных ускорителей сравнительно небольших размеров. Дело в том, что при прохождении таких волн в плазме возникают чрезвычайно сильные электрические поля, которые можно использовать для разгона электронов или иных заряженных частиц до релятивистских и ультрарелятивистских энергий на очень коротких дистанциях порядка всего лишь нескольких метров или даже сантиметров. Общая теоретическая концепция плазменного ускорения электронов с лазерным возбуждением кильватерных волн была опубликована Тоши Таджима и Джоном Доусоном еще в 1979 году, однако ее реализация на практике растянулась почти на два десятилетия. Впервые такой эксперимент в 1997 году осуществили французские физики, которым удалось получить плазменные поля с напряженностью 1,5 миллиарда В/м (вольт на метр) и увеличить энергию инжектированных в плазму электронов на 1,6 МэВ (мегаэлектронвольт, 106 электронвольт).
Эти эксперименты сильно стимулировали последующие исследования в области плазменного ускорения электронов (впрочем, и не только их: в 2002 году физики из Стэнфордского университета впервые в мире генерировали таким способом пучок ультрарелятивистских позитронов с энергией 80 МэВ; кильватерные волны используют и для ускорения ионов). К настоящему времени в плазме уже получены поля с напряженностью порядка 100 миллиардов В/м, и скорее всего это еще не предел. Однако для практического создания плазменных суперускорителей надо не только разрешить множество чисто технических проблем, но и накопить побольше конкретной информации о динамике самих кильватерных волн. Недавно заслуженный профессор физики Техасского университета в Остине Майкл Доунер (Michael Downer) и его коллеги сделали важный шаг в этом направлении, научившись получать мгновенные фотографии этих волн.
Суть их метода состоит в следующем. Вдогонку за драйверным 30-тераваттным лазерным импульсом с максимумом на длине волны 800 нанометров сразу же посылаются еще два диагностических импульса меньшей мощности. Они распространяются в поле кильватерной волны драйверного импульса и в силу этого меняют свою форму. Затем эти импульсы «смешиваются» в спектрометре, рождая интерференционную голограмму, несущую информацию о структуре кильватерного волнового фронта. Анализируя такие голограммы, ученые впервые смогли получить изображения кильватерных плазменных волн. Эти изображения, а также принципиальную схему эксперимента можно посмотреть здесь (Pdf, 66 Кб). Статья с изложением этих результатов (N. Matlis et al. Snapshots of Laser Wakefields) появится в ноябре в журнале Nature Physics.
Источник: N. H. Matlis, S. Reed, S. S. Bulanov, V. Chvykov, G. Kalintchenko, T. Matsuoka, P. Rousseau, V. Yanovsky, A. Maksimchuk, S. Kalmykov, G. Shvets, M. C. Downer. Snapshots of laser wakefields (иллюстрации к статье можно посмотреть здесь) // Nature Physics. doi: 10.1038/nphys442.
Алексей Левин
См. также:
Плазменные ускорители преодолели рубеж в 1 ГэВ, «Элементы», 29.09.2006.
|
Последние новости: Физика, Алексей Левин
Астрономические наблюдения недели
Новости науки почтой (рассылка на Subscribe.ru):
Новости науки по темам:
антропология,
археология,
астрономическая научная картинка дня,
астрономия,
биология,
биотехнологии,
генетика,
геология,
затмения,
информационные технологии,
космос,
лингвистика,
математика,
медицина,
нанотехнологии,
наука в России,
наука и общество,
Нобелевские премии,
палеонтология,
Первое апреля,
психология,
технологии,
физика,
химия,
эволюция,
экология,
энергетика,
этология
Новости науки по авторам:
Дарья Баранова,
Вера Башмакова,
Александр Бердичевский,
Максим Борисов,
Варвара Веденина,
Александр Венедюхин,
Михаил Волович,
Алексей Гиляров,
Сергей Глаголев,
Николай Горностаев,
Юрий Ерин,
Анастасия Еськова,
Дмитрий Замолодчиков,
Игорь Иванов,
Мария Кирсанова,
Дмитрий Кирюхин,
Александр Козловский,
Алексей Левин,
Андрей Логинов,
Лейла Мамирова,
Александр Марков,
Мария Медникова,
Вадим Мокиевский,
Максим Нагорных,
Елена Наймарк,
Петр Петров,
Александр Пиперски,
Константин Попадьин,
Сергей Попов,
Роман Ракитов,
Татьяна Романовская,
Александр Самардак,
Александр Сергеев,
Андрей Сидоренко,
Даниил Смирнов,
Любовь Стрельникова,
Алексей Тимошенко,
Мария Шнырёва
Новости науки по месяцам: 2012 V, IV, III, II, I
2011 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I
2010 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I
2009 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I
2008 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I
2007 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I
2006 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I
2005 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I
Научные новости у наших партнеров:
«Биомолекула», «В мире науки», «Вокруг света», Газета.ру, Грани.ру, Лента.ру, «Наука и жизнь», «Популярная механика», Gzt.ru
|  | |
Подробнее
e-mail: 
