Cum poate fi transformata lumina in materie. Posibilitati si perspective ale laserului ELI-NP de la Magurele
De curand o comisie internationala „ISAB (International Scientific Advisory Board) ELI-RO” a analizat rezultatele unor proiecte propuse a fi realizate la ELI-NP. Cu aceasta ocazie au fost prezentate si rezulta
Daca se aplica un camp electrostatic puternic, acesta actioneaza asupra celor doua sarcini, efectuand un lucru mecanic suficient ca sa departeze electronul si pozitronul, astfel incat acestea sa nu se mai anihileze. Energia minima furnizata de campul electric pentru a departa cele doua particule este cea necesara crearii maselor celor doi electroni Δε = 2 me c2. In acest fel, perechile virtuale electron – pozitron sunt transformate in perechi reale, care apoi se pot urmari pe distante mari, pentru a ajunge sa fie detectate. Marimea minima a campului electric E ce asigura extragerea perechilor electron – pozitron din vacuum, asa-numitul prag Schwinger, este Ecr = 1.323 × 1018 V/m, valoare atat de mare incat practic nu a putut fi obtinuta niciodata in laborator.
Pe de alta parte, in conditiile actiunii coerente a unor unde electromagnetice laser de intensitate inalta, asemenea valori medii ridicate ale componentelor electrica si magnetica pot ajunge aproape de valoarea critica Schwinger. Aceasta are loc cu atat mai usor cu cat puterea laserului este mai mare.
Atunci, prin actiunea sinergica a unui camp electric static (mai slab insa ca valoarea critica, pentru care lucrul mecanic qEℓ < 2mc2) impreuna cu un camp oscilator electromagnetic (mai slab insa pentru a produce extragerea perechii din vacuum, pentru care energia transmisa ℏω < 2mc2) se poate asigura ruperea vacuumului (vacuum break-down) si crearea de perechi electron – pozitron.
De-a lungul timpului, procesele de interactie QED au fost si sunt inca in atentia celor mai importante centre de cercetare din lume. Cele mai multe din aceste procese, fie prin abordarea teoretica, fie prin cea experimentala au fost incununate cu premiul Nobel (vezi Figura 1). Un singur proces a ramas fara o asemenea incoronare: procesul Breit-Wheeler de interactie foton – foton cu producerea unei perechi electron – pozitron.
Laserele ELI si noile directii de cercetare.
O noua abordare cu mari sanse de succes este folosirea laserelor de putere mare de tip ELI (Extreme Light Infrastructure).
ELI-ALPS de la Szeged (Ungaria) a exploatat principiul de incertitudine Heisenberg intre coordonate si impuls: Δx Δp ≥ ℏ/2 , pentru a instrumentaliza studiile pentru urmarirea evolutiei electronilor in diverse procese si materiale. ELI-ALPS a devenit in acest fel un instrument foarte promitator in studii de fizica attosecundelor, incununate cu premiul Nobel in acest an.
In mod similar ELI-NP de la Magurele poate exploata principiul Heisenberg de incertitudine intre energie si timp de data asta: Δt ΔE ≥ ℏ/2, pentru a studia conversia lumina – materie, prin evidentierea proceselor Breit–Wheeler sau Bethe–Heitler, in interactii foton – multi-foton laser, nu in interactii lineare foton – foton Breit-Wheeler ca in Figura 1.
Fezabilitatea unor asemenea procese a fost confirmata inca din 1997 in experimentul E144 de la SLAC (D. L. Burke, R. C. Field, G. Horton-Smith, J. E. Spencer, D. Walz, S. C. Berridge, et al., „Positron production in multiphoton light-by-light scattering”, Phys. Rev. Lett. 79(9), 1626 (1997), https://journals.aps.org/prl/pdf/10.1103/PhysRevLett.79.1626 (vezi Figura 2). Aici s-a folosit un laser Nd:glass de lungime de unda 527 nm, cu putere de ordinul terrawatt, in interactie cu electroni accelerati cu energie de 46.6 GeV. Deficitul de intensitate laser (aport energetic) a fost compensat prin utilizarea de electroni accelerati, in interactie cu fasciculul laser. _ c
INTERVIURILE HotNews.ro