Forskare vid Chalmers tekniska universitet och Göteborgs universitet, Sverige, har föreslagit ett sätt att skapa en helt ny strålningskälla. Ultraintensiva ljuspulser består av rörelsen i en enda våg och kan beskrivas som en tsunami av ljus. Den starka vågen kan användas för att studera interaktioner mellan materia och ljus på ett unikt sätt.

"Denna strålningskälla låter oss titta på verkligheten genom en ny vinkel - det är som att vrida en spegel och upptäcka något helt annat, säger Illia Thiele, en teoretisk fysiker vid Chalmers tekniska universitet.

Tillsammans med Dr Evangelos Siminos vid Göteborgs universitet, och Tünde Fülöp, Professor i fysik på Chalmers, Illia Thiele har presenterat en teoretisk metod för att skapa den snabbaste möjliga enkelvågsrörelsen. Denna typ av strålning har aldrig observerats i universum eller ens labbet.

Strålningskällan är intressant för att förstå materialens egenskaper. Eftersom den erbjuder en extremt snabb växling av ljusämnesinteraktioner, det kan vara användbart inom materialvetenskap eller sensorrelaterad forskning, till exempel. Dessutom, den kan användas som drivkraft för andra typer av strålning och för att flytta gränserna för hur kort en ljuspuls kan vara.

"En ultraintensiv puls är som en stor tsunami av ljus. Vågen kan dra en elektron ur en atom, accelererar den till nästan ljusets hastighet, skapa exotiska kvanttillstånd. Detta är den snabbaste och starkaste omkopplaren som är möjlig, och det banar väg för framsteg inom grundforskning, säger doktor Illia Thiele.

De nya pulserna kan användas för att sondera och kontrollera materia på unika sätt. Medan andra ljuspulser med flera vågperioder gradvis förändrar materialegenskaperna, pulser med en enda stark vågperiod orsakar plötsliga och oväntade reaktioner. Forskare världen över har försökt skapa denna strålningskälla, eftersom det är av stort intresse för de vetenskapliga samfunden inom fysik och materialvetenskap.

"Nu, Vi hoppas kunna ta med vår teoretiska inställning till labbet. Vår metod kan hjälpa till att stänga de befintliga luckorna i ljuskällornas vetenskapliga landskap, "säger Tünde Fülöp.

Pappret, "Elektronstråldriven generation av frekvensinställbara isolerade relativistiska subcykelpulser" publiceras i Fysiska granskningsbrev .

Den nya metoden för att skapa ultraintensiva ljuspulser

Forskarna föreslår en metod för generering av ultraintensiva ljuspulser som innehåller mindre än en enda svängning av det elektromagnetiska fältet. Dessa så kallade subcykelpulser kan användas för att sondera och kontrollera materia på unika sätt. Konventionella metoder kan endast producera undercykelpulser med begränsad fältstyrka:över ett visst tröskelvärde, förstärkningsmediet skulle joniseras av de intensiva fälten. Forskarna föreslår att använda en elektronstråle i en plasma, som inte omfattas av en tröskel, som ett förstärkningsmedium för en utsädeselektromagnetisk puls.

För att säkerställa att energi överförs från elektronstrålen till pulsen på ett sådant sätt att en subcykelpuls produceras, strålen måste införas vid en lämplig fas av oscillationen av det elektromagnetiska fältet. Detta kan uppnås genom att använda en spegel för att reflektera fröpulsen medan elektronstrålen injiceras. Detta scenario leder till betydande förstärkning av fröpulsen och bildandet av en intensiv, isolerat, subcykelpuls. Lättillgängliga terahertz-fröpulser och elektronbuntar från laser-plasmacceleratorer kan generera mellersta infraröda subcykelpulser med millijoule-nivåer, som är mycket önskvärda som materia -sonder men inte är möjliga att framställa med konventionella källor.