Forschung: Ultrahelle Lichtquellen dank Quasiteilchen möglich
Derzeit sind kilometerlange Maschinen erforderlich, um ultrahelles Licht (eine Art kohärentes Licht) zu erzeugen. Der Linac Coherent Light Source (LCLS) in den USA ist beispielsweise über drei Kilometer lang. Ein Forschungsteam entwickelte nun eine Lösung(öffnet im neuen Fenster) , die in einen einzigen Raum passen soll.
Beim Licht von Glühbirnen oder der Sonne bewegen sich die Photonen darin unabhängig voneinander. Nach Ansicht der Forschungsgruppe(öffnet im neuen Fenster) ist dieses inkohärente Licht wie ein schlecht eingestelltes Radio, bei dem wir hauptsächlich statisches Rauschen hören. Für ultrahelles Licht müssten sich die Teilchen synchron hingegen wie ein "fein abgestimmtes Orchester" bewegen.
Synchrone Quasiteilchen als Quelle für ultrahelles Licht?
Durch diese Synchronizität entstehen den Forschern zufolge unglaublich schnelle, intensive Impulse. Diese Impulse spielen sich in einer Milliardstel einer Milliardstel-Sekunde(öffnet im neuen Fenster) ab – somit im Bereich von Atto-Sekunden. Das Team verwendete für seine Studie fortschrittliche Computersimulationen. Mit ihnen wurden die Eigenschaften von Quasiteilchen gemessen, die von Gruppen von Elektronen gebildet werden. Diese Teilchen bewegen sich synchron zueinander.
Sie entstehen durch eine Ansammlung von Teilchen, die so zusammenwirken, dass sie als ein einziges Teilchen behandelt werden können. Diese Teilchen können sich theoretisch mit beliebiger Geschwindigkeit bewegen und daher sogar schneller als mit Lichtgeschwindigkeit. Sie könnten sogar den starken Kräften eines schwarzen Lochs standhalten, schreiben die Forscher.
Die Quasiteilchen könnten, so die Autoren der Studie, eine neue Art von Lichtquelle erschaffen. Aufgrund der Einfachheit des Quasiteilchen-Ansatzes eigne er sich für experimentelle Demonstrationen in bestehenden Laser- und Beschleunigeranlagen und lasse sich auch auf andere Szenarien wie nicht lineare optische Konfigurationen übertragen.
Mit der neuen Technik könnten Röntgenstrahlen und Strahlentherapien günstiger werden. Die Herstellung leistungsfähiger Computerchips würde dadurch ebenfalls einfacher und günstiger. Dieses Licht könnte auch in der Astronomie verwendet werden, um die dichte Materie von Sternen und Planeten zu untersuchen. Derzeit ist aber alles noch Theorie und eine entsprechende Maschine wurde noch nicht entwickelt.
Zur Studie
Die Studie wurde am 19. Oktober 2023 in der Fachzeitschrift Nature Photonics veröffentlicht und heißt Coherence and superradiance from a plasma-based quasiparticle accelerator(öffnet im neuen Fenster) (Kohärenz und Superradianz in einem plasmabasierten Quasiteilchenbeschleuniger).