СВЕРХСИ́ЛЬНЫЕ СВЕТОВЫ́Е ПОЛЯ́
-
Рубрика: Физика
-
Скопировать библиографическую ссылку:
СВЕРХСИ́ЛЬНЫЕ СВЕТОВЫ́Е ПОЛЯ́, световые поля, напряжённость поля которых равна или превосходит напряжённость внутриатомного поля Еa≈5·109 В/см на расстоянии порядка боровского радиуса rБ=5·10–9 см. Интенсивность такого поля Ia=cE2/8π≈3·1016 Вт/см2 (с – скорость света), она легко создаётся сфокусированным фемтосекундным лазерным пучком с энергией ок. 0,1–1 мДж. Т. к. при Е>Ea атом ионизуется за время порядка светового периода, оптич. отклики вещества определяются электронными переходами и на смену нелинейной оптике атомов и молекул приходит нелинейная электронная физика.
При дальнейшем повышении интенсивности (I>Ia) кинетич. энергия электрона, осциллирующего в поле световой волны Е0≈е2Е2/2тω02, становится равной его энергии покоя mс2 (e – заряд электрона, m – масса электрона, ω0 – частота световой волны). Интенсивность линейно поляризованного излучения лазера Ir считается релятивистской при амплитуде поля Еr=тсω0/е и достигает значения 1,37·1018/λ2 Вт/см2 (λ – длина волны в мкм). В микрометровом диапазоне оптич. спектра релятивистской интенсивности соответствует напряжённость поля Еr≈3·1010 В/см. Для протонов релятивистский предел в микрометровом диапазоне может быть достигнут при интен- сивности Ir≈5·1024 Вт/см2.
В нач. 21 в. происходит стремительное развитие фемтосекундных лазерных технологий. Стали коммерчески доступными лазерные системы петаваттного уровня мощности (∼ 1015 Вт). При фокусировке таких лазерных пучков можно достичь ультрарелятивистских значений интенсивности (вплоть до 1022 Вт/см2). Это определило новые направления исследований релятивистской лазерной плазмы. Когда приобретаемая энергия электрона в лазерном поле превышает 1 МэВ, возможно прямое возбуждение ядра, получение ионов высокой кратности. В релятивистском режиме происходит лоренцево увеличение эффективной массы электрона и понижение эффективной плазменной частоты, что инициирует такие новые нелинейные эффекты, как релятивистская самофокусировка и самоиндуцированная прозрачность; становится существенным влияние пондеромоторной силы, действующей на электроны.
Взаимодействие лазерного излучения с веществом в режиме С. с. п. даёт новые возможности, связанные с ускорением заряженных частиц (электронов, ионов), генерацией пучков нейтронов и гармоник высокого порядка с целью получения когерентного излучения в рентгеновском диапазоне. Получены ускоренные пучки электронов с энергией ок. 1 ГэВ и ионов с энергией в десятки МэВ, зарегистрирован выход нейтронов ок. 107 нейтронов/стер и др.
Рождение электрон-позитронной пары из вакуума вероятно при напряжённости постоянного электрич. поля Eкр=m2c3/eℏ≈1016 В/см (интенсивность порядка 1029 Вт/см2), когда поле на комптоновской длине lC=ℏ /mc= 3,86·10–11 см совершает работу над электроном, равную энергии покоя mc2 (здесь ℏ – постоянная Планка). По совр. теоретич. представлениям, уже при уровне интенсивностей сфокусированного фемтосекундного излучения 1026–1027 Вт/см2 возможно образование электрон-позитронной пары. Однако достижение такого запредельного уровня интенсивностей потребует значит. усилий в разработке как новых принципов создания сверхмощных лазеров, так и способов управления их параметрами.