أجرى فريق من الباحثين من جامعة نبراسكا - لينكولن مؤخرًا تجربة تمكنوا فيها من تسريع إلكترونات البلازما لتقترب من سرعة الضوء. هذا "الصاروخ البصري" ، الذي دفع الإلكترونات بقوة أكبر من تريليون تريليون مرة من تلك التي يولدها صاروخ تقليدي ، يمكن أن يكون له آثار خطيرة على كل شيء من السفر إلى الفضاء إلى الحوسبة وتكنولوجيا النانو.
عندما يتعلق الأمر بمستقبل استكشاف الفضاء والبحث العلمي ، من الواضح أن الضوء سيلعب دورًا حيويًا. من ناحية ، تحقق وكالات الفضاء في "الاتصالات البصرية" - إرسال المعلومات باستخدام أشعة الليزر - للتعامل مع الكميات المتزايدة من بعثات البيانات التي سيتم جمعها وإرسالها إلى Earth. من ناحية أخرى ، يتطلع الباحثون والمهندسون إلى أشعة الليزر لإجراء التلاعب المجهري للمادة والحواسيب الضوئية.
ومع ذلك ، كان أحد التحديات الرئيسية مع هذه الأنواع من التطبيقات حجم المعدات المعنية. والنتيجة هي أن الليزر التقليدي عالي الطاقة كبير ومكلف بشكل عام. على هذا النحو ، فإن القدرة على تقليص العملية حيث يتم استخدام الضوء لتسريع الجسيمات لن تكون نعمة للباحثين فحسب ، بل قد تؤدي أيضًا إلى تطبيقات جديدة لا تعد ولا تحصى.
هذا هو بالضبط ما فعله فريق من مختبر الضوء المتطرف (ELL) التابع لـ UNL باستخدام Diocles Laser في المختبر. تم استخدام ليزر الأشعة السينية هذا ، وهو أكثر سطوعًا بعشرة ملايين مرة من الشمس ، لتركيز نبضات الليزر السريعة على إلكترونات البلازما - وهي عملية تعرف باسم تسريع ويكفيلد (أو تسريع الإلكترون). الدراسة التي تصف نتائجها ظهرت مؤخرا في رسائل المراجعة البدنية.
عادة ، يمارس الضوء قوة صغيرة أينما ينعكس أو يتناثر أو يمتص. في حين أن القوة صغيرة للغاية ، يمكن أن يكون لها تأثير تراكمي عندما يتم تركيزها بشكل صحيح ومستمر. أثناء التجربة ، وجد الفريق أن نبضات الضوء تسببت في دفع الإلكترونات في البلازما للخروج من مسار النبضات ، مما أدى إلى ظهور موجات البلازما في أعقابها.
التقطت الإلكترونات أيضًا تسارعًا إضافيًا من "موجات ويكفيلد" هذه ، التي أوصلتها إلى سرعات نسبية للغاية (أي قريبة من سرعة الضوء). كما أوضح دونالد أومستادتر ، مدير مختبر Extreme Light ، في بيان صحفي نبراسكا اليوم:
"هذا التطبيق الجديد والفريد للضوء المكثف يمكن أن يحسن أداء مسرعات الإلكترونات المدمجة. لكن الجانب العلمي الجديد والأكثر عمومية لنتائجنا هو أن تطبيق قوة الضوء أدى إلى التسارع المباشر للمادة ".
أثبتت هذه التجربة الجديدة بشكل فعال القدرة على التحكم في المرحلة الأولية من تسريع حقل ويكفيلد ، والتي يمكن أن تحسن أداء مسرعات الإلكترون المدمجة. كان من المهم أنه يحتوي على العديد من التطبيقات التي لم تكن ممكنة في السابق ، نظرًا للحجم الهائل من مسرعات الإلكترون التقليدية.
يُعرف أحد هذه التطبيقات باسم "الملقط البصري" ، وهي عملية يتم فيها استخدام الضوء لمعالجة الأشياء المجهرية. تطبيق آخر محتمل هو المفهوم المعروف باسم "الشراع الخفيف" (المعروف أيضًا باسم الخلايا الشمسية أو الفوتون) ، وهي طريقة لدفع الفضاء حيث يتم استخدام شعاع الليزر المركّز لتسريع الشراع العاكس إلى سرعات لا تصدق.
أحد الأمثلة على ذلك هو Breakthrough Starshot ، وهي مركبة فضائية مقترحة يتم تطويرها بواسطة Breakthrough مبادرات - وهي منظمة غير ربحية أسسها الملياردير الروسي يوري ميلنر. تتكون هذه المركبة الفضائية من جر سفينة نانوية بواسطة مركب سياحي ، وستعتمد على أشعة الليزر المركزة لتسريعها إلى السرعات النسبية (20٪ سرعة الضوء). بهذه السرعة ، ستتمكن المركبة من القيام برحلة إلى Alpha Centauri في غضون 20 عامًا فقط ويمكنها إرسال صور لأي كواكب خارجية هناك (بما في ذلك Proxima b).
في غضون ذلك ، من المرجح أن تفتح هذه التجربة بعض الفرص البحثية الجادة لفيزيائيي الجسيمات. قاد الدراسة غريغوروي غولوفين ، باحث ما بعد الدكتوراه من جامعة نبراسكا - لينكولن (UNL) مختبر الضوء المتطرف (ELL) ، وشملت العديد من العلماء من ELL وجامعة شنغهاي جياو تونغ.
