Ученые нашли метод получения экстремально плотной электрон-позитронной плазмы

Российские ученые провели теоретическое исследование процесса лавинообразного рождения электронов и позитронов в фокусе сверхмощного лазерного импульса и нашли условия при которых достигаются рекордные плотности образующейся плазмы. Результаты исследования опубликованы в Scientific Reports.

Фотон, пролетая в сильном электрическом или магнитном поле, может превратиться в электрон и позитрон. Для наблюдения этого эффекта, однако, требуются чрезвычайно сильные поля, поэтому в экспериментах рождение электрон-позитронных пар наблюдалось пока только вблизи атомных ядер с высоким электрическим зарядом. Но в ближайшем будущем ученые надеются достичь необходимой силы поля в фокусе лазеров, что откроет новые возможности как для изучения фундаментальных законов квантовой физики, так и для практических приложений.

На данный момент лазерные технологии позволяют получать импульсы мощностью чуть более одного петаватта. Для сравнения: мощность излучения обычной лампочки равна всего лишь одному ватту, то есть современные лазеры ярче лампочек в один квадриллион раз. В фокусе такого лазера вещество мгновенно сгорает, образуя плазму.

Ожидается, что следующее поколение лазерных систем достигнет мощности в 10 петаватт, при которой находящиеся в фокусе частицы начнут излучать гамма-фотоны с энергией, достаточной для того, чтобы в поле того же лазерного импульса могли родиться электроны и позитроны. При этом процесс будет носить характер лавины: вновь рожденные частицы будут излучать гамма-фотоны, которые будут рождать новые электроны и позитроны. В результате количество частиц за короткое время вырастает до огромных значений и в фокусе образуется сверхплотная электрон-позитронная плазма.

Таким образом, однако, нельзя получить вещество сколь угодно высокой плотности. Лазерное излучение не может проникать в плотную плазму, поэтому когда электронов и позитронов становится слишком много, они начинают отражать излучение, и процесс останавливается. По этой причине до сих пор считалось, что в подобных экспериментах можно получить в лучшем случае около 1024 частиц в кубическом сантиметре, что приблизительно равно концентрации электронов в тяжелых металлах, например, золоте. Группа ученых из Института прикладной физики РАН и Нижегородского госуниверситета под руководством Александра Сергеева показала, что при определённых условиях это число может быть, как минимум, на порядок больше.

Для этого, во-первых, был рассмотрен оптимальный метод фокусировки лазерного импульса — так называемая дипольная фокусировка. В этом случае лазерный импульс фокусируется в центр как бы со всех сторон сразу.

Полный текст статьи https://nplus1.ru/news/2018/02/08/plasma

Поиск