Лазерный луч в научных экспериментах

Ученым удалось нагреть поверхность металла до трех миллионов градусов, сохранив его плотность при прямом облучении мощным лазером. Это открывает новые возможности по исследованию материалов в экзотическом состоянии теплого плотного вещества, которое в естественных условиях встречается только в недрах планет.

Последние годы наблюдается повышенный интерес ученых к изучению так называемого теплого плотного вещества (Warm Dense Matter) — экзотического состояния вещества, которое с одной стороны проявляет свойства плазмы, но с другой стороны находится при столь высоком давлении, что электроны в нем являются квантово вырожденными, то есть близки по своим свойствам к электронам в твердых телах.

В нашем ближайшем окружении теплое плотное вещество не встречается, однако именно в этом состоянии находится вещество в недрах планет. По этой причине знание законов, которые описывают его поведение, в частности, важно для планетологии, поскольку позволяет строить корректные модели возникновения и развития планет.
Для быстрого нагрева вещества идеальным источником выглядят «сверхбыстрые» лазеры, излучающие импульсы длительностью всего в несколько десятков фемтосекунд. Такие импульсы, кроме того, могут быть достаточно мощными. Недавно китайским ученым удалось получить импульсы с рекордной мощностью в почти пять петаватт. Поскольку генерируемые такими машинами импульсы одновременно короткие и мощные, они могут быстро нагреть вещество до требуемых температур.

Был создан лазерный комплекс, принципы генерации излучения в котором отличны от традиционных. Обычно лазерное излучение создается в специальных лазерных средах. Их сначала накачивают энергией, возбуждая атомы, а затем пропускают через них импульс небольшой мощности. Проходя сквозь среду, импульс индуцирует излучение возбужденных атомов, которое складывается с первоначальным импульсом и многократно усиливает его.
На установке для получения сверхмощных импульсов используется принцип — оптического параметрического усиления. В этом методе усиление короткого импульса происходит в нелинейно-оптическом кристалле в результате прямого взаимодействия с лазерным импульсом накачки. Импульс накачки значительно длиннее усиливаемого импульса, и потому обладает невысокой мощностью. Усиливаемый импульс пробегает по нему и собирает энергию, приобретая значительно более высокую мощность.

Таким образом, в эксперименте был получен алюминий в состояния теплого плотного вещества с твердотельной плотностью.