Ämnet för 2018 års Nobelpris i fysik, chirped pulsförstärkning är en teknik som ökar styrkan hos laserpulser i många av dagens högst drivna forskningslasrar. Eftersom nästa generations laseranläggningar ser ut att pressa stråleffekten upp till 10 petawatt, fysiker förväntar sig en ny era för att studera plasma, vars beteende påverkas av egenskaper som vanligtvis ses i svarta hål och vindarna från pulsarer.

Forskare släppte en studie som gör en inventering av vilka kommande laserkapaciteter med hög effekt är redo att lära oss om relativistiska plasma som utsätts för processer för starkfältskvantumelektrodynamik (QED). Dessutom, de föreslagna nya studiedesignerna för att ytterligare utforska dessa nya fenomen.

Visas i Plasmas fysik , artikeln introducerar relativistisk plasmas fysik i superkritiska fält, diskuterar det aktuella läget på området och ger en översikt över den senaste utvecklingen. Den lyfter också fram öppna frågor och ämnen som sannolikt kommer att dominera uppmärksamheten hos personer som arbetar inom fältet under de kommande åren.

Strong-field QED är ett mindre studerat hörn av standardmodellen för partikelfysik som inte har utforskats vid stora kollideranläggningar, såsom SLAC National Accelerator Laboratory eller CERN, Europeiska organisationen för kärnforskning, på grund av bristen på starka elektromagnetiska fält i acceleratorinställningar. Med högintensiva lasrar, forskare kan använda starka fält, som har observerats i fenomen som gammastrålning och produktion av elektron-positronpar.

Gruppen undersöker hur fynden potentiellt kan leda till framsteg i studier av grundläggande fysik och i utvecklingen av högenergijoner, elektron, positron- och fotonkällor. Sådana fynd skulle vara avgörande för att expandera på många typer av skanningsteknologi som finns idag, allt från materialvetenskapliga studier till medicinsk strålbehandling till nästa generations röntgen för hemlandets säkerhet och industri.

QED-processerna kommer att resultera i dramatiskt nya plasmafysikfenomen, såsom generering av tät elektron-positronparplasma från nära vakuum, fullständig absorption av laserenergi genom QED-processer, eller stopp av en ultrarelativistisk elektronstråle, som skulle kunna penetrera en centimeter bly med en hårsmån laserljus.

"Vilken typ av ny teknologi dessa nya plasmafysikfenomen kan översätta är till stor del okänd, speciellt för att området för QED-plasma i sig är ett slags okänt territorium inom fysiken, ", sa författaren Peng Zhang. "I det nuvarande skedet, till och med adekvat teoretisk förståelse saknas avsevärt."

Gruppen hoppas att uppsatsen kommer att bidra till att uppmärksamma fler forskare på de spännande nya områdena QED-plasma.