Исследователи из лаборатории Extreme Light Laboratory университета Небраски-Линкольна провели ряд экспериментов, в ходе которых использовался импульс света, яркость которого в миллиард раз превышает яркость свечения Солнца, сфокусированный в крошечной точке пространства. Источником этого импульса была лазерная установка под названием Diocles, размером с комнату, пиковая выходная мощность которой превышает суммарную мощность всех электростанций на земном шаре и составляет 100 ТВт (тераватт) при частоте следования импульсов в 10 Гц.
“Лазер Diocles выдает пиковую мощность, эквивалентную мощности триллиона обычных электрических лампочек накаливания. Но эта вся мощность сконцентрирована в очень коротком промежутке времени, менее, чем в одну триллионную долю секунды” – рассказывает Дональд Амстэдтер (Donald Umstadter), руководитель лаборатории, – “Мы фокусируем всю эту энергию в точке пространства, размером одну миллионную долю метра, и это все вместе дает нам рекордный уровень яркости света”.
В данном эксперименте вся энергия света лазерных импульсов была нацелена на поток электронов, а ученые наблюдали за тем, как фотоны света ведут себя, ударяясь об отдельные электроны.
Оказалось, что при таком высоком уровне яркости фотоны и электроны ведут себя весьма своеобразно. Высокоэнергетическое освещение выбивает электроны из общего потока, заставляет их колебаться, и это определяет особые формы рассеивания света такими электронами.
В некоторых случаях, когда количество фотонов, ударяющих в один электрон одновременно, превышает тысячу, отраженный свет приобретает форму восьмерки, а фотоны отраженного света имеют различные длины волн, фазы и другие параметры. Данное явление уже не раз фигурирует в различных теориях, но до последнего времени его никогда не удавалось воспроизвести даже в лабораторных условиях.
При освещении объектов сверхярким светом лазера Diocles ученые могут видеть те вещи, которые в ином случае невидимы для человеческого глаза.
“Свет, отражающийся под различными углами, имеющий различные цвета, зависящие от интенсивности исходного освещения, представляет собой удивительное явление” – рассказывает Дональд Амстэдтер.
“Это все впервые служит доказательством тому, что в условиях сверхяркого освещения электроны колеблются почти со скоростью света. При этом, природа этих колебаний кардинально отличается от их колебаний под воздействием света нормального уровня освещенности”
Большинство дополнительных фотонов, отраженных электронами, превращаются в фотоны рентгеновского диапазона. И этот эффект можно использовать на практике для получения трехмерных изображений с беспрецедентно высокой разрешающей способностью. Мощности получаемого рентгеновского излучения достаточно для проникновения на большую глубину в плотные материалы, к примеру, это излучение “прошивает” метровый слой стали.
“Подобное рассеивание сверхяркого света происходит и естественным образом в космосе, к примеру, во время взрывов сверхновых” – рассказывает Дональд Амстэдтер, – “И теперь у астрономов имеется возможность изучения такого явления в нашей лаборатории”.