В статье группы ученых из Мичигана под руководством Жерара Муру (одного из изобретателей "chirped pulse amplification") предложен новый путь для достижения интенсивности 10²⁹ Вт/см² - с помощью одиночного аттосекундного импульса.

Вопрос о генерации аттосекундных импульсов безусловно стал чрезвычайно актуальным на сегодняшний день - достаточно вспомнить возможности их применения в изучении динамики электронов в атомах и молекулах([1], "Молекулярная орбиталь как она есть"), в рентгеновской микроскопии и оптике [2]. В статье группы ученых из Мичигана под руководством Жерара Муру (одного из изобретателей "chirped pulse amplification") предложен новый путь для достижения интенсивности 10²⁹Вт/см² - с помощью одиночного аттосекундного импульса.

Аттосекундные импульсы вызвали определенный всплеск интереса в научном обществе. Каждый месяц в Physical Review Letters выходят 4-5 статей, посвященных различным аспектам аттосекундной физики. Journal Of Modern Optics за январь/февраль 2005 года целиком посвящен аттосекундам. Одна из статей, опубликованных в этом номере [3], описывает новый способ получения одиночного аттосекундного импульса - релятивистскую нелинейность при взаимодействии ультракоротких лазерных импульсов с твердотельной мишенью.

В настоящее время генерация аттосекундных импульсов экспериментально осуществима при взаимодействии ультракоротких лазерных импульсов с газовыми струями ( "Первые шаги аттофизики", "Аттосекундную технику - в широкие научные массы"). Однако, из-за малой плотности газовой среды, эффективность крайне низкая. Предложены способы получения последовательности аттосекундных [4] и даже зептосекундных ([5], "Короче, еще короче...") рентгеновских импульсов при взаимодействии ультракоротких релятивистских (с интенсивностью > 2x10¹⁸ Вт/см² для длины волны падающего импульса 800 нм) с твердотельными мишенями. Все они основаны на генерации высоких гармоник и дальнейшей фильтрации (получается аналог синхронизации мод). В статье Муру [3] генерация гармоник не рассматривается. Численно изучается отражение ультракороткого импульса (2-3 периода поля) , сфокусированного в площадку с размерами порядка длины волны (так, что практически вся энергия импульса сосредоточена в области, объемом (несколько длин волн)³), от поверхности закритической (твердотельной) плазмы. При этом на поверхности плазмы за счет пондеромоторных сил образуется полость со сложным рельефом, которая к тому же нелинейно движется, и разные полупериоды импульса отражаются под разными углами. Самый интенсивный полупериод импульса при моделировании отражался под углом в 40 градусов и содержал одиночный аттосекундный (200 ас) импульс (см. рис.1). Параметры моделирования были следующие: импульс титан-сапфирового лазера, длина волны 800 нм, интенсивность 6x10¹⁸ Вт/см², длительность 5 фс, плотность плазмы 1.5 n_cr (порядка 10²¹ см^-3), где n_cr определяется из равенства плазменной частоты частоте падающего импульса. Эффективность генерации по энергии составляет порядка 10 %, а это значит, что если взять падающий импульс с энергией 10 Дж, то полученный аттосекундный импульс, сфокусированный в 10 нм, даст интенсивность 10²⁹ Вт/см²! При такой интенсивности уже станет возможным наблюдение рождения электрон-позитронной пары, и станет экспериментально возможной интересная область физики - нелинейная квантовая электродинамика. Существенно отметить следующее: полученный импульс является электрическим (то есть не содержит переколебаний поля внутри себя), и немного непонятно как он будет распространяться в пространстве, но авторы обходят эту проблему, аргументируя это тем, что при компьютерном моделировании этот вопрос отпадает.

Рис.1. Изолированный аттосекундный импульс - поперечная составляющая магнитного поля и ее квадрат, полученные при моделировании с параметрами 800 нм, 5 фс, 6x1018 Вт/см2, 1.5 ncr.

Итак, предложен способ достижения Швингеровской интенсивности. Хотя имя Жерара Муру является авторитетным в области лазерных технологий, к статье надо относиться с необходимой долей скептицизма. Существуют некоторые вопросы, ответы на которые предстоит найти. Но, в целом, статья неплохая и дает нам надежду родить наконец-то электрон и позитрон в поле электромагнитной волны.

Литература:
1. M.Hentschel, R.Kienberger, Ch.Spielmann, G.A.Reider, N.Milosevic, T.Brabec, P.Corkum, U.Heinzmann, M.Drescher, and F.Krausz, Nature (London) v.414, p.509 2001
2. P.Agostini and L.F.DiMauro, Rep.Prog.Phys. 67 (2004) 813-855
3. J. Nees, N. Naumova, E. Power, V. Yanovsky, I. Sokolov, A. Maksimchuk, S.-W. Bahk, V. Chvykov, G. Kalintchenko, B. Hou, and G. Mourou, "Relativistic generation of isolated attosecond pulses: a different route to extreme intensity", J. Mod. Opt., Jan-Feb 2005
4. L.Plaja, L.Roso, K.Rzazewski, and M.Lewenstein, J.Opt.Soc.Am. B, 15, 1904 (1998)
5. S.Gordienko, A.Pukhov, O.Shorokhov, and T.Baeva, Phys.Rev.Lett. 93, 115002 (2004)

Также информация и текущий прогресс есть на сайте авторов

p.s. Желающим я могу выслать электронный вариант статей 1-5

С.Рыкованов