Interaktionen mellan högeffekts laserljuskällor med materia har gett upphov till många tillämpningar inklusive; snabb jonacceleration; intensiv röntgen, gammastråle, positron- och neutrongenerering; och snabbtändningsbaserad laserfusion. Dessa applikationer kräver en förståelse för energiabsorption och momentumöverföring från högintensiva lasrar till plasmapartiklar.

En grupp japanska forskare ledda av Osaka University har föreslagit att ämnen som värms upp med högeffektlasrar producerar ett plasmatillstånd med ultrahögt tryck, jämförbara med de som finns i stjärnornas centrum, och att plasmans ytspänning kan trycka tillbaka ljus. Eftersom lasrar med energier som kan värma material tillräckligt för att skapa detta tryck inte hade varit tillgängliga hittills, processen hade inte beaktats. Deras arbete publicerades i Naturkommunikation beskriver deras teori och stödjande simuleringar.

"Att förstå extrema högtryckstillstånd som skapas av laserljus som interagerar med material är avgörande för laserbaserade applikationer, ", säger medförfattaren Yasuhiko Sentoku. "Vår teori föreslår att förstärkning av ytplasma med intensiv laser, dvs. hål tråkigt, stoppas så småningom av ultrahögt plasmatryck, och ett nytt stadium av plasmauppvärmning dyker upp."

De härledde gränsdensiteten för laserhålborrning, vilket motsvarar den maximala plasmadensitet laserljus kan nå. De fann att efter att ha nått densitetsgränsen, ytplasman börjar blåsa ut mot lasern, även om lasern bestrålar plasman kontinuerligt.

Forskarnas teori förklarar övergången till utblåsning i termer av ett balansförhållande mellan trycket från laserljuset och det från ytplasman. Teorin ger en riktlinje för att kontrollera elektronenergi som är viktig för tillämpningar som jonacceleration och parplasmaskapande.

"Vi härledde också tidsskalan för övergången från hålborrning till utblåsning, visar att våra resultat kommer att vara tillämpliga för laserexperiment med flera pikosekunder, " säger huvudförfattaren Natsumi Iwata. "Vi hoppas att vårt arbete kommer att ge en grund för tillämpningsfokuserad forskning, till exempel laserinitierad kärnfusion."