네브래스카-링컨 대학 (University of Nebraska-Lincoln)의 한 연구팀은 최근 빛의 속도에 근접하도록 플라즈마 전자를 가속 할 수있는 실험을 수행했다. 종래의 로켓에 의해 생성 된 것보다 1 조 배나 큰 힘으로 전자를 밀어 넣은이 "광학 로켓"은 우주 여행에서 컴퓨팅 및 나노 기술에 이르기까지 모든 것에 심각한 영향을 미칠 수 있습니다.
우주 탐사와 과학 연구의 미래에 관해서는 빛이 중요한 역할을 할 것임이 분명합니다. 한편, 우주 기관은 점점 더 많은 양의 데이터 미션이 수집하여 지구로 전송할 데이터를 처리하기 위해 레이저를 사용하여 정보를 전송하는 "광학 통신"을 조사하고 있습니다. 반면에 연구원과 엔지니어들은 레이저로 물질과 광학 컴퓨터의 미세한 조작을 수행하려고합니다.
그러나 이러한 종류의 응용 분야에서 주요 과제 중 하나는 관련 장비의 크기였습니다. 내려 오는 것은 기존의 고 에너지 레이저가 일반적으로 크고 비싸다는 사실입니다. 따라서 빛을 사용하여 입자를 가속화하는 프로세스를 축소하는 기능은 연구원에게 큰 도움이 될뿐만 아니라 수많은 새로운 응용 분야로 이어질 수 있습니다.
이것이 바로 UNL의 ELL (Extreme Light Laboratory) 팀이 실험실의 Diocles Laser를 사용하여 수행 한 것입니다. 태양보다 천만 배 밝은이 엑스레이 레이저는 플라즈마 전자에 웨이크 필드 가속 (또는 전자 가속)으로 알려진 빠른 레이저 펄스를 집중시키는 데 사용되었습니다. 그들의 발견을 설명하는 연구는 최근에 물리적 검토 편지.
일반적으로 빛은 반사, 산란 또는 흡수 될 때마다 작은 힘을가합니다. 힘이 지나치게 작 으면서 지속적으로 초점을 맞추면 누적 효과가있을 수 있습니다. 실험 중에 연구팀은 광 펄스로 인해 플라즈마의 전자가 펄스 경로 밖으로 밀려 나와서 플라즈마 파동을 일으킨다는 것을 발견했다.
전자는 또한 이러한“wakefield waves”에서 추가적인 가속을 얻었으며, 이는 극도로 상대적인 속도 (즉, 빛의 속도에 근접)를 가져 왔습니다. Extreme Light Laboratory의 이사 인 Donald Umstadter는 Nebraska Today 보도 자료에서 다음과 같이 설명했습니다.
“강렬한 빛의 새롭고 독창적 인 적용은 소형 전자 가속기의 성능을 향상시킬 수 있습니다. 그러나 우리의 결과의 새롭고 더 일반적인 과학적 측면은 빛의 힘을 가하면 물질이 직접 가속된다는 것입니다.”
이 새로운 실험은 초기 전자기 가속의 초기 단계를 제어하는 능력을 효과적으로 보여 주었고, 이는 소형 전자 가속기의 성능을 향상시킬 수있다. 종래의 전자 가속기의 거대한 크기로 인해, 이전에는 불가능했던 수많은 응용이 있다는 점에서 중요하다.
이러한 응용 중 하나는 "광학 핀셋"으로 알려져 있는데,이 과정은 빛이 미세한 물체를 조작하는 데 사용됩니다. 또 다른 가능한 응용은 초점 레이저 빔을 사용하여 반사 속도를 놀라운 속도로 가속시키는 우주 추진 방법 인 "라이트 세일"(일명 태양 또는 광자 셀)이라는 개념입니다.
러시아의 억만 장자 유리 밀너 (Yuri Milner)가 설립 한 비영리 단체 인 Breakthrough Initiatives가 개발 한 제안 된 우주선 인 Breakthrough Starshot이 이러한 예 중 하나입니다. 시력에 의해 견인되는 나노 크래프트로 구성된이 우주선은 초점이 맞춰진 레이저에 의존하여 상대 속도 (광속의 20 %)로 가속합니다. 이 속도에서이 기술은 단 20 년 만에 알파 센타 우리로 여행을 떠나게되며 그곳에서 모든 외계 행성 이미지 (Proxima b 포함)를 다시 보낼 수있었습니다.
한편,이 실험은 입자 물리학 자에게 심각한 연구 기회를 열어 줄 것입니다. 이 연구는 Nebraska-Lincoln 대학 (ELL)의 극한 빛 연구소 (ELL)의 박사후 연구원 인 Grigoroy Golovin이 주도했으며 ELL과 Shanghai Jiao Tong University의 여러 과학자들을 포함 시켰습니다.
