På väg mot en tsunami av ljus

Forskare vid Chalmers tekniska högskola och Göteborgs universitet har upptäckt ett sätt att skapa en helt ny strålningskälla. De ultraintensiva ljuspulserna består av en enda vågrörelse och kan beskrivas som en tsunami av ljus. Den starka vågen kan användas för att utforska växelverkan mellan ljus och materia på ett nytt sätt. Resultaten publicerades nyligen i den ansedda vetenskapliga tidskriften Physical Review Letters.

– Med hjälp av den här strålningskällan kan vi se verkligheten ur ett helt nytt perspektiv. Det är som att vrida en spegel och upptäcka något helt annat, säger Illia Thiele, teoretisk fysiker vid Chalmers tekniska högskola.

Tillsammans med forskaren Evangelos Siminos vid Göteborgs universitet och professor Tünde Fülöp på Chalmers presenterar han en teoretisk metod för att skapa världens starkaste envågspuls. Hittills har denna typ av strålning aldrig kunnat observeras, varken i rymden eller i labbet.

Den nya strålningskällan kan användas för att förstå och förändra egenskaperna hos olika material. Den oerhörda snabbheten och styrkan i ljusväxlingarna gör att de extrema ljuspulserna är hett efterlängtade. Bland annat efterfrågas de av forskare inom materialvetenskap och sensorrelaterad forskning.

– En så intensiv puls kan beskrivas som en tsunami av ljus. Den är så stark att den kan dra en elektron ur en atom och den kan skapa så kallade exotiska kvanttillstånd. En ljusswitch kan inte göras starkare och snabbare än så här. Detta banar väg för nya framsteg inom grundforskningen, säger fysikdoktor Illia Thiele.

De nya ljuspulserna kan både undersöka och kontrollera material på ett unikt sätt. Medan andra ljuspulser, som innehåller flera olika vågtoppar, kan förändra ett material gradvis, orsakar den nya pulsen en enda jättevåg som utlöser plötsliga och oväntade reaktioner. Dessutom kan den nya ljuskällan användas för att skapa andra typer av strålning och tänja på gränserna för hur en kort ljuspuls kan vara.

Göteborgsforskarna är inte ensamma om att ta sig an den här utmaningen. Runtom i världen försöker forskare att skapa ljuspulserna som är hett efterlängtade inom både fysiken och materialvetenskapen.
– Nu hoppas vi att våra teoretiska modeller snart ska kunna omsättas i praktiska experiment, så att strålningskällan kan skapas på riktigt i ett labb. Vår metod kan bidra till att lägga den sista biten i strålningskällornas komplexa pussel, säger Tünde Fülöp, professor i fysik vid Chalmers tekniska högskola.

Den nya teoretiska modellen bygger på att en elektronstråle skapar ljuspulsen i ett plasma. Plasma kan mycket förenklat beskrivas som en het, elektrisk gassoppa med laddade partiklar. Här på jorden förekommer plasma naturligt i blixtar, men återfinns även i till exempel lysrör och plasmaskärmar. I universum är plasma det vanligaste tillståndet när det gäller synlig materia.

Läs det vetenskapliga artikeln Electron beam driven generation of frequency-tunable isolated relativistic sub-cycle pulses i Physical Review Letters.

För mer information:

Tünde Fülöp, professor, institutionen för fysik, Chalmers
072 986 74 40, tunde.fulop@chalmers.se

Illia Thiele, doktor i fysik, institutionen för fysik, Chalmers
076 607 82 79, illia.thiele@chalmers.se

Evangelos Siminos, forskarassistent, institutionen för fysik, Göteborgs universitet
031 786 9161, evangelos.siminos@physics.gu.se