Tema

Ultrastarka gammastrålar kan ta oss bortom ljusets gränser

Forskare har upptäckt ett helt nytt sätt att skapa extremt energirika ljusstrålar. Fotonerna i strålarna innehåller en miljard gånger mer energi än fotonerna i vanligt ljus.

Den nya metoden gör det möjligt att framställa gammastrålar på ett högeffektivt sätt, jämfört med dagens teknik. De nya superstrålarna kan ta oss bortom ljusets tidigare gränser, och banar väg för ny grundläggande forskning, menar Arkady Gonoskov, forskare på institutionen för fysik på Chalmers.

– När vi tar oss förbi de begränsningar som finns i dag, kan vi undersöka naturens byggstenar på ett ännu djupare plan. Vi kan dyka ner i atomkärnans djup.

När en laserstråle har tillräckligt hög intensitet och alla omständigheter är rätt, kan fångade partiklar (gröna) på ett effektivt sätt göra om laserenergi (ytorna i rött, orange och gult) till kaskader av extremt energirika fotoner (rosa). Bild: Chalmers

Under flera år har chalmersforskare arbetat fram den nya metoden tillsammans med forskare från ryska Institute of Applied Physics och Lobachevsky University samt brittiska University of Plymouth.

Fysiker inom olika fält, samt dataspecialister, har med gemensamma krafter lyckats skapa de numeriska modeller och analytiska beräkningar som behövs för att simulera ultrastarka gammastrålar på ett nytt och lite oväntat sätt.

Ljus som beter sig besynnerligt
Som regel kommer partiklar som träffas av en laserstråle, med hög effekt, att åka iväg åt olika håll. Men om lasern är tillräckligt intensiv och alla parametrar är rätt, har forskarna upptäckt att partiklarna i stället kan fångas av laserljuset. De formar då ett moln där partiklar av materia och antimateria skapas från energin i laserljuset, och börjar bete sig på ett säreget och väldigt ovanligt sätt.

– Molnet med de fångade partiklarna omvandlar laserenergin till en kaskad av fotoner som har extremt högt energiinnehåll. Fenomenet är mycket oväntat och det är häpnadsväckande att fotonerna uppnår så hög energi, säger Mattias Marklund, professor på institutionen för fysik på Chalmers.

Forskningsresultaten är högintressanta för de storskaliga laseranläggningar som just nu utvecklas på flera håll i världen. De mest intensiva ljuskällorna på jorden kommer att finnas vid den typen av forskningsanläggningar, som är stora som fotbollsplaner.

– Vårt koncept finns redan med i det experimentella programmet för en sådan anläggning: Exawatt Center for Extreme Light Studies i Ryssland. Vi vet ännu inte vart våra resultat kommer att leda forskningen, men vi vet att det finns en hel del att upptäcka inom kärnfysik, till exempel nya energikällor. Inom grundforskningen kan du sikta på något, men i slutändan hitta något helt annat – som är mer intressant och viktigt, säger Arkady Gonoskov.

Artikel: Ultrabright GeV Photon Source via Controlled Electromagnetic Cascades in Laser-Dipole Waves, Physical Review X

Kontakt:
Mattias Marklund, professor, institutionen för fysik, Chalmers, 031-772 39 39, mattias.marklund@chalmers.se
Arkady Gonoskov, forskare, institutionen för fysik, Chalmers, 031- 772 62 89, arkady.gonoskov@chalmers.se

Vi finns där du är @forskningsnyhet

Ultrastarka gammastrålar kan ta oss bortom ljusets gränser

 lästid ~ 2 min