När ett tätt ark av elektroner accelereras till nästan ljusets hastighet, den fungerar som en reflekterande yta. En sådan "plasmaspegel" kan användas för att manipulera ljus. Nu ett internationellt team av fysiker från Max Planck Institute of Quantum Optics, LMU München, och Umeå universitet i Sverige har karakteriserat denna plasmaspegeleffekt i detalj, och utnyttjade det för att skapa isolerade, högintensiva attosekundsljus blinkar. En attosekund varar i en miljarddels miljarddel (10 -18 ) på en sekund.
Samspelet mellan extremt kraftfulla laserpulser och materia har öppnat upp för helt nya tillvägagångssätt för generering av ultrakorta ljusblixtar som bara varar i några hundra attosekunder. Dessa utomordentligt korta pulser kan i sin tur användas för att undersöka dynamiken hos ultrasnabba fysikaliska fenomen på subatomära skalor. Standardmetoden som används för att skapa attosekundpulser är baserad på interaktionen av nära-infrarött laserljus med elektronerna i atomer av ädelgaser som neon eller argon.
Nu forskare vid Laboratory for Attosecond Physics vid Max Planck Institute of Quantum Optics i Garching och Münchens Ludwig Maximilians University (LMU), i samarbete med kollegor vid Umeå universitet, har framgångsrikt implementerat en ny strategi för generering av isolerade attosekundsljuspulser.
I det första steget, extremt kraftfull femtosekund (10 -15 sek) laserpulser tillåts interagera med glas. Laserljuset förångar glasytan, joniserar dess ingående atomer och accelererar de frigjorda elektronerna till hastigheter som motsvarar en avsevärd bråkdel av ljusets hastighet. Den resulterande högdensitetsplasman består av snabbt rörliga elektroner, som utbreder sig i samma riktning som det pulserade laserljuset, fungerar som en spegel. När elektronerna väl har uppnått hastigheter som närmar sig ljusets hastighet blir de relativistiska, och börjar svänga som svar på laserfältet. Den efterföljande periodiska deformationen av plasmaspegeln samverkar med den reflekterade ljusvågen för att ge upphov till isolerade attosekundpulser. Dessa pulser har en beräknad varaktighet på cirka 200 as och våglängder i det extrema ultravioletta området av spektrumet (20-30 nanometer, 40-60 eV).
I motsats till attosekundpulser genererade med längre laserpulser, de som produceras av plasmaspegeleffekten och laserpulser som har en varaktighet på några optiska cykler kan kontrolleras exakt med vågformen. Detta gjorde det också möjligt för forskarna att observera tidsförloppet för generationsprocessen, dvs plasmaspegelns oscillation. Viktigt, dessa pulser är mycket mer intensiva, innehåller mycket fler fotoner, än de som kan erhållas med standardförfarandet.
Den ökade intensiteten gör det möjligt att utföra ännu mer exakta mätningar av subatomära partiklars beteende i realtid. Attosekundens ljuspulser används främst för att kartlägga elektronrörelser, och därmed ge insikter i dynamiken i grundläggande processer inom atomer. Ju högre intensiteten hos attosekundsljuset blinkar, desto mer information kan man samla in om partiklarnas rörelser i materien. Med den praktiska demonstrationen av plasmaspegeleffekten för att generera ljusa attosekundsljuspulser, författarna till den nya studien har utvecklat en teknik, vilket kommer att göra det möjligt för fysiker att undersöka ännu djupare in i kvantvärldens mysterier.
