Kvázirészecskék által hajtott szuperragyogó fényforrást állítottak elő fizikusok

Ragyogóbb fény: Egy tudós csapat élenjáró számítógépes szimulációkat futtatott szuperszámítógépeken, hogy kvázirészecskékkel szuperragyogó fényforrást hozzanak létre.

Egy nemzetközi tudós csoport újragondolja a sugárfizika alapelveit azzal a céllal, hogy szuper-ragyogó fényforrást hozzanak létre. A Nature Photonics magazinban publikált új tanulmányban azt javasolják, hogy kvázirészecskék felhasználásával hozzanak létre fényforrásokat, amik olyan erősek, mint a létező legfejlettebbek, csak sokkal kisebbek. - írja a Rochesteri Egyetem honlapján.

A koherens fényforrások, mint például a szabadelektron-lézerek ragyogó sugarakat nyújtanak a biológiai, kémiai és fizikai tanulmányokhoz. Azonban, e források ragyogásának a növelése fokozatosan nagyobb műszereket kívánnak, a legnagyobb példa rá a sok kilométer hosszú Linac Coherent Light Source Stanfordban. (Szabadelektron-lézerek: olyan készülékek, ami nem gerjesztett atomok együttesével, hanem elektronnyalábbal állít elő lézert. Koherens fényforrások azok, melyek fáziskülönbségei adott helyen állandó, vagy lassan változik. A lézerek koherens fényforrások. A szokásos fényforrások, izzólámpák egy pontból kibocsátott fénye is az, a különböző pontokból kibocsátott fény nem koherens. A szerk.)

Ha a skálázási trendet meg lehetne oldani, akkor kompakt, ragyogó forrásokat tudnának alkalmazni az egyetemeken, kórházakban és ipari laboratóriumokban. E célból a kutatók újragondolják a sugárfizikának az alapelveit. Munkájuk lényege a kvázirészecske-alapú fényforrások bevezetése, melyek fény kibocsátó töltések kollektív és makroszkopikus mozgásával jönnek létre és olyan módon sugároznak, ami az egyes töltések számára nem volna lehetséges.

A nem fizikai koncepció lehetővé teszi a temporális koherenciát és szupersugárzást új konfigurációkban, mint például a plazmagyorsítókban,

olyan sugárzást szolgáltatva, aminek érdekes tulajdonságai és világos kísérleti jelei vannak, melyek majdnem 10 oktáv hullámhosszt ívelnek át a terahertztől a rendkívüli ultravioláig.

A kvázirészecske módszert egyszerűsége megfelelővé teszi a létező lézer és gyorsító intézményekben való demonstrációhoz és kiterjed a nemlineáris optikai konfigurációkra is.

A kvázirészecskéket sok, szinkronban mozgó elektron hozza létre, melyek bármilyen sebességgel képesek mozogni - még fénynél gyorsabban is - és kiállnak intenzív erőket, mint a fekete lyukak közelében lévők. A kvázirészecskék képesek olyan módon mozogni, amit az egyes részecskéket irányító fizikai törvények nem engednének meg.

Ragyogóbb fény: Egy tudós csapat élenjáró számítógépes szimulációkat futtatott szuperszámítógépeken, hogy kvázirészecskékkel szuperragyogó fényforrást hozzanak létre. Forrás: https://www.rochester.edu/newscenter/quasiparticles-super-bright-light-sources-571102/

A kutatók a plazmákban lévő kvázirészecskék egyedi tulajdonságait tanulmányozták szuperszámítógépeken futtatott élenjáró számítógépes szimulációk futtatásával. Megnézték a kvázirészecske-alapú fényforrások alkalmazását különböző területeken, például roncsolásmentes képalkotás vírusok vizsgálata, biológiai folyamatok, például a fotoszintézis megismerése, számítógép csipek gyártása, és az anyag viselkedésének vizsgálata bolygókban és csillagokban.

Még ha az egyes elektronok viszonylag egyszerű mozgást is végeznek, az össz elektron teljes sugárzása olyan, mintha egyetlen részecske a fénynél gyorsabban mozogna, vagy olyan, mint egy oszcilláló részecske, még ha nincs is olyan, hogy egy részecske lokálisan gyorsabb a fénynél, vagy nincs egyetlen oszcilláló elektron.

A tanulmányban javasolt elmélettel a kvázirészecskék hihetetlenül ragyogó fényt hozhatnak létre úgy hogy csak kis távolságot tesznek meg. Ez világszerte potenciálisan széleskörű tudományos és technológiai fejlődést indíthat el a laboratóriumokban. A kvázirészecske-alapú fényforrásoknak a létező formákon túl különböző előnyei lehetnek, mint a szabadelektron-lézerek, amik ritkák és masszívak, ezért nem praktikusak a legtöbb laboratórium, kórház, és cég számára.

(Forrás: Rochesteri Egyetem: https://www.rochester.edu/, Nature Photonics: https://www.nature.com/)