Elektromagnetisk strålning är genomgående. Det finns i många former, inklusive radiovågor, mikrovågor och rögenergi och gammastrålning med hög energi. Men vad, exakt, är det?
Elektromagnetisk strålning är energin som avges av en laddad partikel, till exempel en elektron när den accelererar. När den accelererande partikeln släpper ut denna energi, den upplever en rekylkraft som kallas en strålningsreaktion. I vanliga fall, strålningsreaktionskrafterna är för små för att beakta, men de blir betydande i laser-plasma-interaktioner och astrofysiska sammanhang, där högelektromagnetiska fält och högelektronenergier spelar in.
Ett papper publicerat i tidningen Fysisk granskning X visar tecken på en strålningsreaktion som inträffar när en högintensiv laserpuls kolliderar med en elektronenstråle med hög energi. Ett team av forskare som stöds av de EU-finansierade TeX-MEx- och SF-QFT-projekten genomförde detta experiment med Astra Gemini-lasern som tillhör Central Laser Facility i Storbritannien.
Astra Gemini-lasern med två strålar genererar två synkroniserade laserstrålar, som tillsammans levererar en kvadrillion (10¹⁵) watt effekt. I experimentet, en laserpuls användes för att producera ett gäng elektroner med hög energi genom en process som kallas laser-wakefield-acceleration, medan den andra lasern var riktad mot elektrongruppen. När elektronstrålen och laserpulsen kolliderade, elektronerna oscillerade i den andra laserns elektromagnetiska fält och sprider laserstrålens fotoner, som detekterades som gammastrålning. Elektronernas energiförlust resulterade också i en strålningsreaktion.
Svårigheten att uppnå en kollision kan uppskattas bättre om vi överväger att laserpulser är tunnare än ett människohår och, med varaktiga 45 kvadriljondelar av en sekund, var tvungen att träffa vad en av forskarna beskrev som "mikronstora elektronkulor" som färdades med hastighet nära ljus. En kollision ansågs vara framgångsrik när högenergigammastrålning detekterades. Med hänsyn till dessa oändliga hastigheter och bredder, tillsammans med ytterligare faktorer som elektronstrålevariationer från skott till skott och laserpekning och timing, Det är helt klart varför bara ett litet antal kollisioner lyckades.
De erhållna mätningarna användes för att jämföra kvant- och klassiska modeller för strålningsreaktion. Det visade sig att klassiska modeller tenderade att överskatta strålningsreaktionskrafter och gammastrålsenergier jämfört med kvantmodeller. Det drogs också slutsatsen att uppgifterna var mer förenliga med en kvantelektromagnetisk modell, men faktum kvarstod att detta bara inträffade något över 68 procent av tiden och ytterligare studier behövdes för att korrekt bedöma olika modeller.
Projektgruppens främsta utmaning framöver är att kombinera hög laserintensitet, strålstabilitet och helljusenergier samtidigt i framtida experiment för att samla in tillräckligt med data för en systematisk studie av kvantstrålningsreaktion.
