СВЕРХСИ́ЛЬНЫЕ СВЕТОВЫ́Е ПОЛЯ́

СВЕРХСИ́ЛЬНЫЕ СВЕТОВЫ́Е ПОЛЯ́, све­то­вые по­ля, на­пря­жён­ность по­ля ко­то­рых рав­на или пре­вос­хо­дит на­пря­жён­ность внут­ри­атом­но­го по­ля Е_a≈5·10⁹ В/см на рас­стоя­нии по­ряд­ка бо­ров­ско­го ра­диу­са r_Б=5·10^–9 см. Ин­тен­сив­ность та­ко­го по­ля I_a=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>E_a 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>I_a) 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 I_r счи­та­ет­ся ре­ля­ти­ви­ст­ской при ам­пли­ту­де по­ля Е_r=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 Е_r≈3·10¹⁰ В/см. Для про­то­нов ре­ля­ти­ви­ст­ский пре­дел в мик­ро­мет­ро­вом диа­па­зо­не мо­жет быть дос­тиг­нут при ин­тен- сив­но­сти I_r≈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 E_кр=m²c³/eℏ≈10¹⁶ В/см (ин­тен­сив­ность по­ряд­ка 10²⁹ Вт/см²), ко­гда по­ле на комп­то­нов­ской дли­не l_C=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.