Вчені вперше “заморозили” найпотужніший лазерний імпульс: прорив у вивченні світла й енергії. Уявіть собі блискавку, яку вдалося зупинити у повітрі. Саме це – у науковому сенсі – зробила команда фізиків, яка вперше в історії «заморозила» найпотужніший лазерний імпульс у світі. Це досягнення відкриває нові горизонти у вивченні світлових явищ, плазми, а також у розробці надпотужних технологій для медицини, енергетики та квантових обчислень.
Що сталося?
Міжнародна команда науковців з кількох провідних інститутів світу, включаючи Університет Рочестера (США) та Інститут Макса Планка (Німеччина), провела експеримент з використанням одного з найсильніших лазерів на планеті. Лазерний імпульс потужністю понад 10 пета-ват (10 мільйонів мільярдів ват) був направлений крізь спеціальний оптичний матеріал, здатний фіксувати й аналізувати структуру імпульсу з безпрецедентною точністю.
Але ключове — не лише потужність імпульсу, а те, що вчені зуміли «зупинити» його в часі — тобто повністю вловити всі параметри лазерного спалаху в один-єдиний момент. До цього подібне вдавалося тільки з набагато слабшими імпульсами, але не з тими, які буквально спалюють матерію, крізь яку проходять.
Як їм це вдалося?
Для фіксації імпульсу було використано спеціальну методику, схожу на «фотографію» у світі світлових хвиль. Ця технологія має назву оптична хронографія, або ще — «стріла часу», де дослідники замінили просторові координати часовими. Таким чином, фотонний сигнал розкладається на мить, як спектр, і кожна його складова аналізується окремо.
Особливість нової методики в тому, що вона працює з одноразовими, надкороткими спалахами, які тривають лише кілька фемтосекунд (1 фемтосекунда = 10⁻¹⁵ секунди). Це буквально одна квадрильйонна частка секунди — настільки короткий проміжок, що навіть молекули не встигають змінити свою орієнтацію.
Навіщо «заморожувати» світло?
Лазерні імпульси надвисокої потужності використовуються в багатьох галузях — від обробки матеріалів до ядерного синтезу. Але найменші коливання в структурі імпульсу можуть викликати непередбачувані наслідки. Здатність фіксувати ці імпульси з високою роздільною здатністю дозволяє:
- краще контролювати і стабілізувати лазери в науці й промисловості;
- створювати прецизійні методи діагностики в онкології, де використовують лазери для руйнування пухлин;
- тестувати нові концепції інерційного термоядерного синтезу, що може стати джерелом чистої енергії;
- досліджувати квантову плазму та екстремальні фізичні умови, подібні до тих, що існують у надрах зірок.
Що далі?
Це відкриття — лише перший крок до розробки цілого класу «лазерної метрології» майбутнього. Вчені вже планують вдосконалити техніку і перейти до аналізу ще потужніших імпульсів, а також до вивчення того, як лазерна енергія взаємодіє з різними матеріалами на атомному рівні.
«Це прорив, який дозволяє не лише побачити, а й зрозуміти, що відбувається у найбільш швидкоплинні моменти у Всесвіті», — зазначає доктор Томас Губерт, один з авторів дослідження.
Висновок
Здатність «заморозити» світло — це вже не метафора, а наукова реальність. Завдяки цьому прориву людство наблизилося до нового рівня керування енергією, інформацією і навіть природними законами. У майбутньому такі досягнення можуть кардинально змінити наше уявлення про фізику, Всесвіт і межі можливого.