Физики совершили прорыв, создав лазерный импульс, способный вращаться вокруг собственной оси. Полученная структура напоминает винтовую пружину или спираль ДНК. В эксперименте приняли участие специалисты из Ливерморской национальной лаборатории имени Лоуренса, Калифорнийского университета в Ирвайне и Национального комплекса зажигания (NIF), где проходят крупнейшие в мире испытания инерциального термоядерного синтеза.
Как работает закрученный лазер
При взаимодействии обычного высокоинтенсивного лазера с плазмой — ионизированным газом из свободных электронов и ионов — частицы начинают колебаться. Новая разработка позволяет не только передавать энергию, но и задавать направленное вращательное движение самой плазме. Это открывает доступ к изучению типов плазменных волн, которые ранее не фиксировались в лабораторных условиях.
Главная особенность технологии заключается в точном управлении вращением луча. Скорость этого процесса поддается тонкой настройке. Примечательно, что теоретически возможны режимы, при которых кажущаяся скорость вращения превышает скорость света. Учёные поясняют: это не противоречит теории относительности, так как речь идет о геометрии фазового фронта волны, а не о физическом перемещении материи или информации.
Секрет в наноструктурах
Для создания подобного эффекта потребовалась сверхточная оптика. Разработчики использовали метод разделения лазерного луча на две части: с «синей» (короткой) и «красной» (длинной) длиной волны. Каждый из этих потоков направлялся на специальные наноструктурированные зеркала.
На первый взгляд эти зеркала кажутся абсолютно гладкими, но на микроскопическом уровне они имеют сложный спиральный рельеф. Точность изготовления поражает: отклонение от расчетных параметров составляет не более пяти нанометров, что соответствует толщине всего нескольких атомных слоев. При сведении отраженных пучков воедино и формируется тот самый закрученный импульс.
Перспективы и применение
Моделирование показывает, что такие лазерные волны способны генерировать магнитные поля силой свыше 100 тесла. Для сравнения: это в миллионы раз мощнее магнитного поля Земли.
Наиболее перспективным направлением применения «спиральных» волн стали плазменные ускорители частиц. В традиционных системах электроны быстро покидают область ускорения, «обгоняя» лазер. Вращательная структура нового поля позволяет удерживать частицы в зоне воздействия дольше. Это дает возможность достигать колоссальных энергий на дистанциях, измеряемых всего лишь сантиметрами.
Система отличается компактностью и может быть размещена на обычном рабочем столе. В будущем исследователи планируют объединить все компоненты установки в единый элемент, что упростит внедрение технологии. Этот инструмент позволит ученым моделировать экстремальные астрофизические процессы и изучать поведение материи в полях сверхвысокой интенсивности.
