Det senaste decenniet har präglats av en rad anmärkningsvärda upptäckter som identifierar hur universum är sammansatt. Det är underförstått att den mystiska substansen mörk materia utgör 85 % av materien i universum. Observerbar materia i universum består av joniserade partiklar. Således, en djupgående förståelse för joniserad materia och dess interaktion med ljus, skulle kunna leda till en djupare förståelse för de relationer på spel som bildade universum. Medan joniserad materia, eller plasma, är relativt lätt att generera i labbet, Att studera det är extremt utmanande eftersom metoder som kan fånga joniseringstillstånd och densitet är praktiskt taget obefintliga.

I en ny tidning publicerad i Ljusvetenskap och tillämpning , ett team av forskare har lyckats direkt observera bildandet och interaktionen av högjoniserat kryptonplasma med hjälp av femtosekunds koherent ultraviolett ljus och en ny fyrdimensionell modell.

Åttafaldigt joniserade kryptonjoner som lasermedium

I sitt arbete, forskarna använder en laserplasmaförstärkare, som använder åttafaldigt joniserade kryptonjoner som lasermedium. Sedan lanserar de en koherent extrem ultraviolett sondpuls in i denna plasma som plockar upp signaturer av plasmaförhållandena när den fortplantar sig genom den lasergenererade plasmakolonnen. Denna extrema ultravioletta sondpuls analyseras sedan genom att diffraktera den från ett välkarakteriserat mål i nanoskala. Den här metoden, känd som koherent diffraktionsavbildning, möjliggör mätning av egenskaperna hos sondpulsen som bär information om plasmat med mycket hög upplösning. "Att använda en extrem ultraviolett sondpuls med en våglängd som är tillräckligt kort så att plasman blir transparent för att förhöra den bildade plasman är nyckeln, " förklarar Prof. Dr. Michael Zuerch från University of California i Berkeley.

Oväntad upptäckt

"Förvånande, vi hittade ett icke-trivialt rumsligt moduleringsmönster som är oväntat i en vågledargeometri. Genom att använda en anpassad ab initio-teori som modellerar plasma-ljusinteraktionen i fyra dimensioner över flera skalor kan vi hitta utmärkt överensstämmelse med våra experimentella data. Detta har gjort det möjligt för oss att tillskriva den observerade signalen till ett starkt olinjärt beteende i laser-plasma-interaktion som genererar det högjoniserade kryptonplasman, ", utvecklar Zuerch.

Det experimentella tillvägagångssättet, som lätt kan anpassas till andra relevanta scenarier, validerar de avancerade ab initio-modellerna som används för att simulera laser-plasma-interaktionen och mer allmänt bildandet av högjoniserat plasma. En viktig förgrening av fynden visar att du inte kan skapa godtyckligt joniserade plasma med optiska tekniker.

"Den utvecklade modellen kommer att göra det möjligt att förutsäga möjliga förhållanden exakt och ger hopp om att mycket definierade plasmaförhållanden kan skapas genom lämplig laserstråleformning, " säger Prof. Dr. Christian Spielmann från University of Jena. Zuerch sammanfattade utsikterna för arbetet:"Utöver en mer djupgående förståelse av laser-plasma-interaktioner, våra fynd har effekter, till exempel, om uppskalning av plasmabaserade röntgenljuskällor eller plasmabaserade fusionsexperiment."