Oscilujúce zrkadlo umožní fyzikom vyraziť laserom dieru do vesmíru

Lasery môžu dnes dosiahnuť silu na úrovni petawattov. Ak sústredíte do malého priestoru takýto výkonný laserový lúč, všetko zdevastuje, hmota sa rozpadne, zostanú iba elektróny a jadrá. Laseroví fyzici sa tu však nezastavili. Za dobrých experimentálnych podmienok sa roztrhne samotná štruktúra priestoru a času a kvantové zákonitosti sa napnú na prasknutie. A potrebujeme na to len nový druh zrkadla.

Ľudstvo dnes používa asi 18 terawattov energie. Petawatt je 1000-krát viac ako terawatt. Najvýkonnejší laser v súčasnosti produkuje energiu v rozmedzí 5 až 10 petawattov. No existujú už plány na dosiahnutie 100 petawattov v blízkej budúcnosti. Dnešné lasery produkujú 5 až 5000 J energie po veľmi krátky čas (medzi pikosekundami, čo je 10^-12 s, a niekoľkými femtosekundami, čo je 10^-15 s). V tomto okamihu je však tok energie obrovský. A čísla sú ešte ohurujúcejšie, keď si uvedomíte, že všetka energia je zameraná tak, že lúč vytvorí energiu 10²² W/cm².

Cieľom fyzikov je však dosiahnuť energiu až 10²⁹ W/cm². No len čo intenzita prekročí 10²⁵ W/cm², ak svetlo dopadne iba na jediný elektrón, je dostatok energie na to, aby sa z vákua mohla spustiť produkcia kaskády elektrónov-pozitrónov. Pri intenzite 10²⁹ W/cm² už nie je potrebný ani jediný elektrón – svetlo vytrhne z vákua virtuálne elektróny. Laser teda roztrhne realitu a vytvorí skutočné náboje zo zdanlivej ničoty prázdneho priestoru.

Ale dosiahnuť 10²⁵ W/cm² je ťažké. Je to hlavne otázka materiálu, či skôr nedostatku materiálu, ktorý môže prežiť dosť dlho na to, aby potrebným spôsobom zaostril laserový lúč. A tu prichádzajú na rad plazmové zrkadlá. Uvažuje sa o nich už dlhší čas a táto myšlienka je v skutočnosti veľmi jednoduchá.

Plazma je plyn tvorený elektricky nabitými časticami, v ktorom sa pohybujú voľné elektróny. Keď na plazmu dopadne svetlo (laser), elektróny zrýchlia pohyb, absorbujú pritom svetlo a vyžarujú ho v opačnom smere. Svetlo sa teda od plazmy odráža rovnako ako od chrómovaného nárazníka auta. Laserový lúč nemôže plazmu zničiť, pretože plazma je v podstate zničená hmota.

Pôvodne sa predpokladalo, že plazmové zrkadlá nemôžu fungovať ako dobrý ostriaci prvok, pretože neudržia správny tvar. No vďaka superpočítaču sa ukázalo, že plazmové zrkadlo môže byť tou správnou cestou. Francúzsky výskumník Henri Vincenti našiel nové spôsoby, ako zvýšiť intenzitu extrémne výkonného laserového lúča. V jeho modeli sa používa oscilujúce plazmové zrkadlo, ktorého povrch bol umiestnený pod uhlom k laserovému lúču.

Najprv sa menej energetickým laserovým impulzom vytvorí plazmové zrkadlo a potom sa použije na vytvorenie lúča s extrémnou energiou. Trvanie impulzu sa skráti z 20 femtosekúnd na 0,1 femtosekundy, čo samo osebe zvyšuje intenzitu faktorom 100. Kratšia vlnová dĺžka znamená, že laser sa zaostruje na menšie miesto. Konečný výsledok zvýšenia intenzity vstupného lasera je faktorom 1000.

Môže to však fungovať v skutočnosti? Technické detaily sa nezdajú náročné - pomocou nízkoenergetického terawatového laserového impulzu vytvoríte zrkadlo a následne doň vrážate všetkým, čo budete mať o niekoľko pikosekúnd neskôr. A potom sa všetci môžu čudovať diere, ktorú ste urobili.

Výskum bol publikovaný v časopise Physical Review Letters.

Zdroj: arstechnica.com.