Группа международных ученых пересматривает основные принципы радиационной физики с целью разработки сверхярких источников света. В новом исследовании, опубликованном в Nature Photonics, исследователи из Высшего технического института (IST) в Португалии, Рочестерского университета, Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе и Laboratoire d’Optique Appliquée во Франции предлагают методы использования квазичастиц для создания источников света, которые могут быть такими же мощными, как самые совершенные существующие, но при этом гораздо компактными.
Квазичастицы возникают из множества синхронно движущихся электронов и могут перемещаться с произвольной скоростью, включая скорость, превышающую скорость света, и сопротивляться интенсивным силам, включая те, которые возникают у черной дыры.
«Самый увлекательный аспект квазичастиц заключается в их способности двигаться таким образом, который запрещен законами физики, регулирующими отдельные частицы», — говорит Джон Паластро, старший научный сотрудник Лаборатории лазерной энергетики, доцент кафедры инженерных наук и оптического института.
Ученые изучили уникальные свойства квазичастиц в плазме, используя современные компьютерные моделирования на суперкомпьютерах, предоставленных в рамках Европейского совместного предприятия по высокопроизводительным вычислениям. Они видят многообещающие применения источников света на основе квазичастиц, включая неразрушающую визуализацию для сканирования на наличие вирусов, понимание биологических процессов, таких как фотосинтез, производство компьютерных чипов и исследование поведения материи на планетах и звездах.
«Возможности велики», — добавляет Бернардо Малака, аспирант IST и основной автор исследования. «Несмотря на то, что каждый электрон совершает относительно простые движения, общее излучение всех электронов может имитировать излучение частицы, движущейся быстрее света, или колеблющейся частицы, хотя локально не существует ни одного электрона, который был бы быстрее света или колеблющейся частицы».
Источники света, работающие на основе квазичастиц, могут предоставить значительные преимущества перед существующими формами, такими как лазеры на свободных электронах, которые редки и громоздки, что делает их непрактичными для большинства лабораторий, больниц и предприятий. В соответствии с теорией, представленной в исследовании, квазичастицы способны создавать чрезвычайно яркий свет, преодолевая лишь небольшие расстояния, что потенциально может привести к широкому спектру научных и технологических достижений в лабораториях по всему миру.