Ученые с помощью мощного лазера заставили электроны нарушить законы физики

Сверхяркий лазер помог ученым увидеть то, как электроны взаимодействуют со светом

Мощнейший лазер, яркость которого примерно в миллиард раз выше яркости Солнца, помог американским физикам увидеть, как один электрон сталкивается с тысячами частиц света, и раскрыть необычный характер их взаимодействия друг с другом, говорится в статье, опубликованной в журнале Nature Photonics. “Когда мы имеем дело со сверхъяркими лазерами, рассеяние света — фундаментальный процесс, благодаря которому мы видим окружающий мир, — кардинальным образом меняется.

Похожее изображение

Эти изменения можно представить как то, если бы форма предметов менялась при повышении или понижении яркости лампочки. Объект не просто будет становиться ярче или темнее — свет начнет отражаться под разными углами, с разными цветами при изменении яркости”, — рассказывает Дональд Умштедтер (Donald Umstadter) из университета Небраски в Линкольне (США).

Как правило, столкновение фотона и электрона приводит к тому, что фотон отскакивает и начинает двигаться в противоположном направлении, не меняя своей частоты и других физических свойств. Работоспособность этого правила, которое физики называют томсоновским рассеянием, ученые многократно подтверждали, наблюдая за процессами в космосе и во время лабораторных опытов, где одиночные частицы света сталкивались с изолированными электронами.

Мощнейший лазер, яркость которого примерно в миллиард раз выше яркости Солнца, помог американским физикам увидеть, как один электрон сталкивается с тысячами частиц света, и раскрыть необычный характер их взаимодействия друг с другом, говорится в статье, опубликованной в журнале Nature Photonics.

“Когда мы имеем дело со сверхъяркими лазерами, рассеяние света — фундаментальный процесс, благодаря которому мы видим окружающий мир, — кардинальным образом меняется. Эти изменения можно представить как то, если бы форма предметов менялась при повышении или понижении яркости лампочки. Объект не просто будет становиться ярче или темнее — свет начнет отражаться под разными углами, с разными цветами при изменении яркости”, — рассказывает Дональд Умштедтер (Donald Umstadter) из университета Небраски в Линкольне (США).

Как правило, столкновение фотона и электрона приводит к тому, что фотон отскакивает и начинает двигаться в противоположном направлении, не меняя своей частоты и других физических свойств. Работоспособность этого правила, которое физики называют томсоновским рассеянием, ученые многократно подтверждали, наблюдая за процессами в космосе и во время лабораторных опытов, где одиночные частицы света сталкивались с изолированными электронами.

Для решения этой проблемы ученые использовали сверхмощный лазер Diocles, способный вырабатывать импульсы мощностью в 100 тераватт. После первых экспериментов Умштедтеру и его коллегам пришлось начать использовать пучки разогнанных электронов, так как мощные импульсы лазера в буквальном смысле “сдували” частицы, стоящие на месте.

Картинки по запросу laser Diocles electron

Опыты показали, что поведение и электронов, и фотонов резким образом меняется в таких условиях. Носители электрического заряда превращаются из точек в своеобразные “восьмерки” и “петли”, а фотоны начинают “нарушать” законы физики и отражаться от электронов не так, как предсказывает теория Томсона. К примеру, угол отражения фотонов, их частота и некоторые другие параметры начинают зависеть от того, насколько ярким был импульс, содержавший их.

Более того, необычное поведение электронов в таких ситуациях позволяет использовать их для “склеивания” большого числа низкоэнергетических частиц света в один высокоэнергетический фотон. Для демонстрации ученые соединили 500 частиц света из инфракрасного диапазона в один рентгеновский фотон.

Используя этот эффект, физики получили четкие трехмерные фотографии чипов памяти из обычной USB-флешки, не задействуя при этом сверхмощные ускорители частиц, которые обычно применяются для подобных целей. Эту же технологию, как считает Умштедтер, можно применять и для медицинских экспериментов и наблюдений, а также для точного измерения мощности лазерных лучей.

Похожее изображение

Понравилась статья? Тогда поддержите нас, поделитесь с друзьями и заглядывайте по рекламным ссылкам!