Da bi zavirili u privatne živote objekata u mikroskopskom domenu (i šire), naučnici se često oslanjaju na izuzetno svetle izvore svetlosti.
Laseri sa slobodnim elektronima koji daju najbolje rezultate ubrzavaju elektrone na nekoliko kilometara ka brzini svetlosti, pomerajući ih kroz veliku dvoranu magneta kako bi potresli slobodne intenzivne impulse fotona koji osvetljavaju materijale za proučavanje.
Sada, međunarodni tim fizičara misli da može postići isti efekat sa mnogo manjim uređajem koristeći kvazičestice – entitete nalik česticama koji nastaju iz složenih interakcija kolektiva drugih čestica.
Ako se njihov koncept može razviti u funkcionalnu tehnologiju, to bi moglo dati još većem broju istraživača širom sveta neuporediv uvid u najsitnije strukture koje proučavaju, dajući uvid u viruse, kompjuterske čipove, fotosintezu i hemiju zvezda.
Akceleratori čestica koji mogu da stanu u zgradu su mnogo manje moćni od onih poput Linac koherentnog izvora svetlosti (LCLS) u Kaliforniji. Veličina malog grada, njegova dugačka elektronska trkačka staza je sposobna da emituje visoko energetske talase svetlosti u rendgenskom delu spektra.
Ali postignut je napredak ka minijaturizaciji akceleratora čestica, posebno kada su u pitanju uređaji koji ubrzavaju naelektrisane čestice ili plazmu.
Tim međunarodnih istraživača koristio je kompjuterske simulacije da bi pokazao kako ovi kompaktni plazma akceleratori mogu da proizvedu jarko svetlo ekvivalentno onoj koju stvaraju veliki akceleratori čestica.
Trik je bio u razumevanju kako plazma akceleratori stvaraju kvazičestice.
Kvazičestice su koherentni sistemi koji se mogu pojaviti kada su medijumi poremećeni ili uzbuđeni. Iako su formirane kao grupni napor, mogu se tretirati kao diskretne čestice jer imaju stabilna svojstva, kao što su naelektrisanje, masa, energija, veličina, oblik i impuls.
Pošto se kvazičestice mogu stvoriti kroz koordinisano kretanje skupa čestica koje emituju svetlost koje se kreću kroz medijum, one mogu da prođu kroz rupe u zakonima fizike koje bi inače ograničavale obične čestice.
Oni čak mogu da putuju brže nego što bi svetlost putovala u istom medijumu. Ovo je moguće jer se svetlost usporava kada putuje kroz bilo šta osim vakuuma, tako da kvazičestice mogu da je preteknu.
„Najfascinantniji aspekt kvazičestica je njihova sposobnost da se kreću na načine koji bi bili zabranjeni zakonima fizike koji regulišu pojedinačne čestice“, kaže fizičar i koautor Džon Palastro.
„Fleksibilnost je ogromna“, kaže doktorand i prvi autor Bernardo Malaca.
„Iako svaki elektron obavlja relativno jednostavne pokrete, ukupno zračenje svih elektrona može oponašati zračenje čestice koja se kreće brže od svetlosti ili oscilirajuće čestice, iako ne postoji nijedan elektron lokalno koji je brži od svetlosti ili oscilirajuće čestice. elektron“.
Kvazičestice takođe mogu stvoriti superzračenje; ultra-svetli snop fotona koji proizvodi kolekcija čestica koje rade sinhronizovano.
Istraživači su pokazali da bi bilo teoretski moguće stvoriti ovo superzračenje koristeći kvazičestice unutar plazma lasera, stvarajući talasne dužine između infracrvenih i ultraljubičastih delova spektra.
„Takav napredak bi mogao da donese istraživanje i tehnologiju koja je dostupna samo u nekolicini lasera sa slobodnim elektronima širom sveta direktno u mnoge laboratorije univerziteta, bolnica i industrijskih razmera“, napisali su istraživači.
„Dakle, početak vremenske koherentnosti i superradijancije je suštinski nedostajući sastojak za stvaranje kompaktnih, pristupačnih i konkurentnih izvora svetlosti zasnovanih na plazma akceleratorima.“
