Fundamental physics from laser light

"Fysik i starka laserpulser." Sedan lasern uppfanns för femtio år sedan har den kommit att spela en viktig roll i våra liv, från DVD-spelare till streckkod-läsare. Medan en glödlampa avger ett spann av färger i alla riktningar, avger en laser sitt ljus i nästan en enda färg som går i en smal stråle. De här laserstrålarna har ett brett användningsområde: man kan exempelvis fokusera dem med fantastisk precision, tillräckligt för att utföra ögonoperationer, eller få så hög effekt att man kan skära genom metall. För närvarande är en ny generation lasrar med ultrahög effekt under byggnation eller planering runt om i världen. De kommer att använda ljus med extrem intensitet för att undersöka t.ex. energiproduktion via nukleär fusion, och accelerationen av partiklar med målet att kunna erbjuda effektiv strålterapi, så kallad hadronterapi, för cancerbehandling. Denna nya generation av lasrar kan också användas för att utöka vår kunskap om fundamentala fysikaliska processer; det intensiva laserljuset kommer att ge oss möjligheter att undersöka tomrummet, som enligt relativitetsteorin och kvantmekaniken har icketriviala egenskaper, och därmed kunna avslöja den aktivitet som gömmer sig där. Dessa ljuskällor kommer att erbjuda forskarna möjligheten att undersöka spridningen av ljus emot ljus, produktion av materia och antimateria, och accelerationen av partiklar med laserljus. Just nu halkar de teoretiska metoderna efter den snabba experimentella utvecklingen som pågått de senaste åren. Växelverkan mellan ljus och materia beskrivas med hjälp av den så kallade kvantelektrodynamiken, en teori som är väl förstådd när det gäller växelverkan mellan ljus med låg intensitet och materia. Däremot kommer de nya experimenten, som utnyttjar ljus med mycket hög intensitet, att ställa de nuvarande beräkningsmetoderna i skuggan, eftersom dessa metoder inte tar i beaktning effekter på grund av till exempel den ultra-korta pulsstrukturen i moderna och framtida lasersystem. Eftersom utvecklingen i fysik är beroende av ett samspel mellan teori och experiment, kommer nya matematiska verktyg att behövas för att ge tillförlitliga förutsägelser till kommande experiment. Målet av projektet är därför att utveckla beräkningsmetoder som ta hänsyn till effekterna av till exempel den korta puls-strukturen och det starka fokus som är karakteristiskt för moderna och framtida lasrar. De här metoderna ska användas för att studera fundamentala interaktioner mellan materia och laserljus, och ge förutsägelser till experiment som kan utföras inom en snar framtid. Information från denna metodutvecklingen och dessa experiment kommer att ha en direkt påverkan på föreslagna applikationer, till exempel partikelacceleration, som är ett viktigt första steg när det gäller hadronbaserad cancerterapi. Projektet har därför som mål att utöka vår förståelse av fysiken bakom laser-materieväxelverkan, vilken ligger till grund för både lovande tillämpningar och grundläggande fysikaliska frågeställningar.

Participants

Antony Ilderton (contact)

Forskare vid Chalmers, Physics, Condensed Matter Theory

Funding

Swedish Research Council (VR)

Funding Chalmers participation during 2012–2016

Related Areas of Advance and Infrastructure

Basic sciences

Roots

More information

Created

2015-02-19