世界上第一個呈螺旋狀的高強度激光脈衝

上圖所示為扭曲或螺旋激光碟機動的三維扭曲等離子體波結構（電子密度擾動）的模擬圖像。

加利福尼亞大學聖地亞哥分校的研究人員已經計算出如何產生高強度的扭曲激光束，這是一種世界上可能從未見過的激光脈衝。這些研究人員還對如何利用這些螺旋形激光脈衝進行前沿研究進行了數學計算。最後，他們預測了他們計劃用螺旋鑽光脈衝「鑽入」的材料將如何反應。

目前，所有這些工作都生活在理論和超級計算機模擬領域。但由於國家科學基金會（NSF）的資助，這一點即將改變。一項新的撥款將允許加州大學聖地亞哥分校的研究人員與實驗工作者合作，並在歐洲最新的、尖端的羅馬尼亞和捷克共和國的極端光基礎設施（ELI）進行實驗，探索高強度扭曲光與物質之間的相互作用。這是美國國家科學基金會第一筆撥款，資助美國研究人員在ELI機構測試他們的理論工作。

亞歷克賽·阿雷菲耶夫，加州大學聖地亞哥分校機械和航天工程教授，是美國國家科學基金會三年撥款的主要研究員。大部分實驗工作將在羅馬尼亞的極輕型核物理基礎設施（ELI-NP）完成，該設施最近首次推出了其10皮瓦特大功率激光系統。

「很難製造出高強度的扭曲光。」阿雷菲耶夫說：「傳統的扭光方法不適用。我們很高興有這些機會。必須通過實驗來測試理論工作，因為這是提高對自然如何工作的理解的唯一方法。」

核物理學和天體物理學的基本見解可以從這項工作中產生。這項研究也可以為非侵入性腫瘤治療提供有益的見解。特別是：扭曲光可以用來改善質子治療所需的離子束特性。

多年來，阿列克謝·阿雷菲耶夫一直處於極端強度下光-物質相互作用建模工作的前沿。檢驗這項理論工作的機會將使整個光-物質相互作用領域在極端強度下向前發展。這是國際研究合作能夠提供的最好的例子，Vyacheslav（SLVA）Lukin說，他是美國國家科學基金會的等離子體物理學項目主任。

這種獨特的合作源於美國國務院通過一個US-ELI項目對話鼓勵國際科學合作的努力。

加州大學聖地亞哥分校的研究團隊將與約翰霍普金斯大學的研究科學家、資深科學家、ELI-NP核物理激光實驗負責人丹·斯圖曼領導的團隊合作。加州大學聖地亞哥分校的理論工作還將有助於指導和基準羅馬尼亞ELI-NP和CETAL-PW激光設備的高強度和高能扭曲光的研究，且該研究由Stutman領導，由羅馬尼亞研究和創新部資助。

螺旋激光脈衝

創建螺旋形光的理論路線圖建立在Yin Shi的工作基礎上，Yin Shi是加州大學聖地亞哥雅各布斯工程學院阿雷菲耶夫相對論激光等離子體模擬小組的博士後研究員，曾獲得英國皇家科學院的牛頓國際獎學金。

「我們最終會發現我們在做什麼，對螺旋錐光不了解。」Shi說：「這個創造、研究和測試這些特殊激光脈衝的機會，無論是智力上還是在我的職業生涯中，都是一個難以置信的機會。我期待著充分利用ELI激光器和研究團隊的優勢。」

一旦螺旋錐光產生，阿雷菲耶夫和他的團隊將與實驗人員合作，以確保這些高強度激光脈衝與他們探測的材料相互作用，產生以前從未產生過的磁場。這涉及到確保軌道角動量，給這些超短脈衝他們的螺旋形實際上是轉移到等離子體材料。

最後，研究小組對磁場如何影響離子動力學進行了預測。

「還有那麼多的物理學有待發現。」阿雷菲耶夫說：「我們對具有軌道角動量的激光脈衝將如何工作，軌道角動量將如何轉移到等離子體材料，以及這將如何影響離子傳輸還知之甚少。」生活充滿了驚喜，這項實驗性的工作可能會帶來許多新的發現。」

來源：https://phys.org/news/2019-07-world-high-intensity-laser-pulses-corkscrew.html

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