Tim Asing Mengembangkan Cara Baru Membuat Pulsa Laser Dengan Kekuatan 1,000 Kali Lebih Banyak!

Baru-baru ini, para ilmuwan dalam studi bersama menggunakan simulasi komputer untuk mendemonstrasikan metode baru dalam mengompresi cahaya guna meningkatkan intensitasnya hingga cukup untuk mengekstraksi partikel dari ruang hampa dan mempelajari sifat materi.
Untuk mencapai hal ini, ketiga kelompok penelitian telah bekerja sama untuk menciptakan cermin yang sangat istimewa - cermin yang tidak hanya memantulkan gelombang cahaya, tetapi juga memampatkannya dalam waktu lebih dari 200 kali lipat, dengan potensi kompresi lebih lanjut.
Tim dari Universitas Strathclyde, UNIST dan GIST mengemukakan ide sederhana - menggunakan gradien kepadatan plasma (materi yang terionisasi penuh) untuk "mengelompokan" foton, mirip dengan sekumpulan mobil yang direntangkan! ketika menghadapi bukit yang terjal. Hal ini dapat merevolusi laser generasi berikutnya, meningkatkan kekuatannya lebih dari satu juta kali lipat dari apa yang dapat dicapai saat ini.
Metode baru mengompresi pulsa laser dalam plasma dipublikasikan di jurnal Nature Photonics.
Laser bertenaga tertinggi di dunia memiliki daya puncak sekitar 10 watt. Dalam konteks ini, 173 beat-watt (173 x 1015 W) sinar matahari mencapai lapisan atas atmosfer bumi, dan sekitar sepertiganya mencapai permukaan bumi. Satu watt-watt adalah 1015 W, satu ewatt adalah 1018 W, dan satu zephyr-watt adalah 1021 W. Matahari menghasilkan listrik sebesar 4x1026 watt atau 400,000 zettawatt.
Laser berdaya tinggi menghasilkan pulsa cahaya dengan durasi sangat singkat, biasanya beberapa femtodetik (1 femtodetik=10-15 detik), yang dicapai dengan teknik yang disebut chirped pulse amplification (CPA), yang melibatkan kompresi pulsa, yang pada dasarnya memusatkan energi pulsa laser dalam waktu singkat, sehingga meningkatkan daya puncaknya hingga beberapa kali lipat.
Profesor Dino Jaroszynski, dari Departemen Fisika di Universitas Strathclyde, mengatakan: "Pertanyaan penting dan mendasar adalah apa yang terjadi ketika intensitas cahaya melebihi tingkat yang umum di Bumi. Laser berkekuatan tinggi memungkinkan para ilmuwan menjawab pertanyaan mendasar tentang alam materi dan ruang hampa, dan untuk mengeksplorasi apa yang disebut batas intensitas."
“Penerapan laser terawatt hingga watt-watt pada materi memungkinkan pengembangan pedal gas plasma laser generasi berikutnya, yang ribuan kali lebih kecil dari pedal gas konvensional. Menyediakan peralatan baru bagi para ilmuwan telah mengubah cara penelitian ilmiah dilakukan Kami telah mendirikan Pusat Aplikasi Akselerator Plasma Skotlandia (SCAPA) di Universitas Strathclyde untuk memajukan aplikasi berdasarkan laser berdaya tinggi."
Profesor Min Sip Hur dari UNIST mengatakan, “Hasil penelitian ini diharapkan dapat diterapkan dalam berbagai bidang, termasuk teori fisika tingkat lanjut dan astrofisika. Hasil penelitian ini juga dapat digunakan dalam penelitian fusi laser untuk membantu memecahkan masalah energi yang dihadapi umat manusia. Tim gabungan Korea dan Inggris kami berencana untuk memvalidasi ide-ide ini secara eksperimental di laboratorium."
Prof Hyyong Suk dari GIST mengatakan, "Plasma dapat memainkan peran serupa dalam sistem CPA seperti kisi difraksi konvensional, namun merupakan bahan yang tidak akan hancur. Oleh karena itu, plasma akan meningkatkan teknologi CPA konvensional dengan memasukkan teknologi yang sangat sederhana komponen tambahan. Sekalipun plasma hanya berukuran beberapa sentimeter, ia dapat digunakan pada laser dengan daya puncak lebih dari 100 juta watt."
Satu miliar watt dan zerowatt memang sudah merupakan daya yang sangat tinggi, namun intensitasnya dapat ditingkatkan secara signifikan hanya dengan menggunakan lensa atau cermin melengkung untuk memfokuskan pulsa laser ke titik kecil untuk memusatkan energinya. Mirip dengan mengompresi pulsa laser dalam waktu ke durasi yang lebih pendek, hal yang sama juga dapat dilakukan untuk mengompresi pulsa di ruang angkasa, yaitu memfokuskannya ke titik kecil. Jadi kompresi, dalam ruang atau waktu, memungkinkan peningkatan intensitas pulsa laser dengan cara yang sangat umum. Kompresi spasial dapat dengan mudah diuji dengan menggunakan lensa untuk memfokuskan sinar matahari pada selembar kertas; itu akan terbakar secara spontan.
Materi mengalami berbagai perubahan dengan meningkatnya intensitas. Misalnya, ionisasi udara pada panjang gelombang tampak melebihi 1010-1012 W/cm2, dan ketika elektron dikenai laser dengan intensitas melebihi 1018 W/cm2, elektron tersebut mendekati kecepatan cahaya, sehingga mengarah ke bidang optik relativistik.
Pada intensitas 1024 W/cm2 ke atas, proton mendekati kecepatan cahaya, dan partikel yang terkena medan laser kuat bereaksi dengan medan radiasinya sendiri, yang merupakan batas intensitas arus dalam fisika. Pada intensitas di atas 1029 W/cm2, batas Schwinger yang terkenal, partikel tercipta langsung dari cahaya vakum dan dapat langsung diubah menjadi materi. Ini memerlukan laser AiW hingga ZiW.
Memahami sifat materi dan ruang hampa pada intensitas di atas 1024 W/cm2 merupakan salah satu tantangan luar biasa dalam fisika modern. Laser berkekuatan tinggi juga memungkinkan studi fenomena astrofisika di laboratorium, memberikan wawasan unik tentang interior bintang dan asal usul alam semesta.