Ny metod ska göra laserljus en miljon gånger mer intensivt

Ett europeiskt forskningssamarbete med forskare från Sverige, Tyskland och Storbritannien har tilldelats 13,4 miljoner euro – motsvarande närmare 150 miljoner kronor – i ett ERC Synergy Grant från Europeiska forskningsrådet. Projektet, som kallas ExtremeField, leds bland annat av professor László Veisz vid Umeå universitet. Umeåforskarna tilldelas 60 miljoner kronor för att utveckla en metod som ska kunna öka intensiteten i laserljus vid brännpunkten med en miljon gånger jämfört med dagens kraftfullaste system.

Men hur fungerar egentligen tekniken som gör en sådan ljuskoncentration möjlig? Metoden kallas kohärent harmonisk fokusering och bygger på att energin i laserpulsen koncentreras samtidigt i både rum och tid. När en ultrakort, högenergetisk puls träffar en polerad glasyta joniseras atomerna så att ytan övergår i ett plasma. De frigjorda elektronerna börjar röra sig i nära ljusets hastighet och agerar som en rörlig spegel. Trycket från laserljuset böjer samtidigt ytan till en mikroskopisk konkav form. När ljuset reflekteras mot denna snabbrörliga plasmaspegel uppstår ett spektrum av högre övertoner i extremt ultraviolett ljus och mjuk röntgen. Eftersom ljusets alla beståndsdelar svänger i takt pressas de samman till blixtar som varar i endast attosekunder – miljarddels miljarddels sekunder – och fokuseras till en extremt liten punkt.

Varför är då detta framsteg så betydelsefullt? Genom att driva upp fältstyrkan närmar sig forskarna den teoretiska Schwingergränsen, uppkallad efter fysikern Julian Seymour Schwinger som belönades med Nobelpriset i fysik 1965. Enligt kvantfysikaliska teorier kan ett tillräckligt starkt elektriskt fält få partiklar och antipartiklar – elektroner och positroner – att bildas spontant ur rent vakuum, samtidigt som ljuspartiklar kan börja spridas mot varandra. Teorin har hittills aldrig kunnat prövas experimentellt. För att genomföra testerna kommer forskarna i Umeå att använda Sveriges kraftfullaste laser, LWS100, samt bygga ett nytt kompletterande lasersystem.