Jump to content
Forum Kopalni Wiedzy
Sign in to follow this  
KopalniaWiedzy.pl

Jesteśmy o krok bliżej lasera emitującego promieniowanie gamma

Recommended Posts

Fizyk z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Riverside przeprowadził obliczenia, z których wynika, że bąble wypełnione gazem zawierającym pozytonium są stabilne w ciekłym helu. Obliczenia przybliżają nas do powstania lasera emitującego promieniowanie gamma, który może mieć zastosowanie w obrazowaniu medycznym, napędzie kosmicznym i leczeniu nowotworów.

Pozytonium to układ złożony z elektronu (e-) i jego antycząstki pozytonu (e+) krążących wokół wspólnego środka masy. Jego średni czas życia wynosi około 142 ns, a następnie pozyton i elektron ulegają anihilacji, podczas której emitowane jest promieniowanie gamma.

Do stworzenia lasera gamma potrzebujemy pozytonium w stanie zwanym kondensatem Bosego-Einsteina. Z moich obliczeń wynika, że zanurzone w ciekłym helu bąble składające się z milionów pozytonium miałyby gęstość sześciokrotnie większą od powietrza i tworzyłyby kondensat Bosego-Einsteina, mówi autor badań, Allen Mills z Wydziału Fizyki i Astronomii. Praca Millsa ukazał się właśnie w Physical Review A.

Hel, drugi najbardziej rozpowszechniony pierwiastek we wszechświecie, przybiera formę ciekłą jedynie w bardzo niskich temperaturach. Hel ma ujemne powinowactwo do pozytonium, więc w ciekłym helu powstają bąble, gdyż hel odpycha pozytonium.

Mills, który stoi na czele Positron Laboratory w UC Riverside poinformował, że jego laboratorium rozpoczęło konfigurację swoich urządzeń tak, by uzyskać stabilne bąble pozytonium w ciekłym helu. Mogą one służyć jako źródło zbudowanego z pozytonium kondensatu Bosego-Einsteina. Chcemy w najbliższym czasie przeprowadzić eksperymenty z tunelowaniem pozytonium przez grafenową membranę, która nie przepuszcza zwykłych atomów, w tym atomów helu, oraz stworzenie lasera działającego dzięki pozytonium. Laser taki mógłby znaleźć zastosowanie w informatyce kwantowej, mówi Mills.


« powrót do artykułu

Share this post


Link to post
Share on other sites

Create an account or sign in to comment

You need to be a member in order to leave a comment

Create an account

Sign up for a new account in our community. It's easy!

Register a new account

Sign in

Already have an account? Sign in here.

Sign In Now
Sign in to follow this  

  • Similar Content

    • By KopalniaWiedzy.pl
      Naukowcy z Politechniki Federalnej w Zurychu (ETH Zurich) znaleźli pierwszy jednoznaczny dowód, że na Księżycu znajdują się gazy szlachetne pochodzące z płaszcza Ziemi. To niezwykle ważne odkrycie, które lepiej pozwala zrozumieć, jak powstał Księżyc oraz – być może – inne ciała niebieskie. Jest ono też silnym potwierdzeniem dominującej obecnie teorii wielkie zderzenia mówiącej, że naturalny satelita naszej planety pojawił się w wyniku kolizji Ziemi z planetą wielkości Marsa.
      W ramach pracy nad doktoratem Patrizia Will z ETH Zurich analizowała przekazane jej przez NASA sześć próbek meteorytów znalezionych na Antarktydzie. Meteoryty składały się ze skał bazaltowych powstałych w wyniku szybkiego schłodzenia magmy wypływającej z wnętrza Księżyca. Co ważne, takich warstw bazaltu było wiele, dzięki czemu te wewnętrzne były dobrze chronione przed promieniowaniem kosmicznym i wiatrem słonecznym. W wyniku chłodzenia powstało m.in. szkło. Will i jej współpracownicy zauważyli, że w cząstkach szkła są ślady helu i neonu pochodzących z wnętrza Księżyca.
      Noble Gas Laboratory na ETH Zurich posiada najczulszy na świecie spektrometr zdolny do wykrycia minimalnych ilości helu i neonu. Dzięki niemu uczeni mogli wykluczyć, by badane przez nich gazy powstały na Księżycu w wyniku oddziaływania promieniowania kosmicznego czy wiatru słonecznego. Jak wynika z ich badań, jedynym źródłem tych gazów może być płaszcz Ziemi.
      Badania Szwajcarów to zapewne dopiero początek. Teraz, gdy pokazali oni jak i gdzie szukać gazów szlachetnych meteorytach, rozpocznie się wyścig badaczy w celu ich identyfikacji, mówi jeden z najwybitniejszych ekspertów w tej dziedzinie, profesor Henner Busemann. Uczony sądzi, że wkrótce naukowcy postarają się znaleźć znacznie trudniejsze do zidentyfikowania ksenon i krypton. Będą też szukali wodoru i halogenków. Bardzo dobrze byłoby się dowiedzieć, jak niektóre z tych gazów szlachetnych przetrwały gwałtowny proces formowania się Księżyca. Taka wiedza pozwoli geochemikom i geofizykom na stworzenie nowych nowych modeli pokazujących, w jaki sposób mogły formować się planety w Układzie Słonecznym i poza nim, mówi Busemann.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Po raz pierwszy udało się utworzyć i zmierzyć postulowany od dawna stan powiązania pomiędzy atomami. Naukowcy z Wiednia i Innsbrucku wykorzystali laser do spolaryzowania atomów tak bardzo, że z jednej strony miały ładunki dodatnie, z drugiej ujemne. Dzięki temu mogli związać atomy ze sobą. Oddziaływania pomiędzy nimi były znacznie słabsze niż pomiędzy atomami w standardowej molekule, ale na tyle silne, że można było mierzyć ich wartość.
      W atomie jądro o ładunku dodatnim otoczone jest przez chmurę elektronów o ładunku ujemnym. Całość jest obojętna. Jeśli teraz włączymy zewnętrzne pole elektryczne, rozkład ładunków nieco się zmieni. Ładunki dodatnie przemieszczą się w jednym kierunku, ujemne w w drugim i atom będzie posiadał stronę dodatnią i ujemną, stanie się spolaryzowany, mówi profesor Philipp Haslinger.
      Taką polaryzację atomu można uzyskać też za pomocą światła, które jest szybko zmieniającym się polem elektromagnetycznym. Gdy liczne atomy znajdują się blisko siebie, światło polaryzuje je w ten sam sposób. Więc dwa sąsiadujące ze sobą atomy będą zwrócone do siebie przeciwnymi ładunkami, co spowoduje, że będą się przyciągać.
      To bardzo słabe oddziaływanie, zatem eksperyment trzeba prowadzić bardzo ostrożnie, by móc zmierzyć siłę oddziaływania. Gdy atomy mają dużo energii i szybko się poruszają, to przyciąganie natychmiast znika. Dlatego też użyliśmy podczas eksperymentów ultrazimnych atomów, wyjaśnia Mira Maiwöger z Wiedeńskiego Uniwersytetu Technologicznego.
      Naukowcy najpierw złapali atomy w pułapkę i je schłodzili. Następnie pułapka została wyłączona, a uwolnione atomy rozpoczęły swobodny spadek. Taka chmura opadających atomów była niezwykle zimna, jej temperatura była niższa niż 1/1 000 000 kelwina, ale miała na tyle dużo energii, że podczas spadku rozszerzała się. Jeśli jednak na tym etapie atomy zostaną spolaryzowane za pomocą lasera i pojawi się pomiędzy nimi przyciąganie, rozszerzanie się chmury zostaje spowolnione. W ten właśnie sposób można zmierzyć siłę oddziaływania pomiędzy atomami.
      Polaryzowanie indywidualnych atomów za pomocą lasera nie jest niczym nowym. Kluczowym elementem naszego eksperymentu było jednoczesne spolaryzowanie w sposób kontrolowany wielu atomów i stworzenie mierzalnych oddziaływań pomiędzy nimi, dodaje Matthias Sonnleitner, który opracował teoretyczne założenia eksperymentu.
      Autorzy eksperymentu zwracają uwagę, że zmierzone przez nich oddziaływanie może odgrywać ważną rolę w astrofizyce. W pustce kosmosu małe siły mogą odgrywać duża rolę. Po raz pierwszy wykazaliśmy, że promieniowanie elektromagnetyczne może tworzyć oddziaływania pomiędzy atomami, co może rzucić nowe światło na niewyjaśnione obecnie zjawiska astrofizyczne, dodaje Haslinger.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Poszukiwanie zjawisk fizycznych wykraczających poza Model Standardowy często wymaga dostępu do potężnych narzędzi, jak Wielki Zderzacz Hadronów, podziemnych wykrywaczy neutrin, ciemnej materii i egzotycznych cząstek. Urządzenia takie są niezwykle kosztowne w budowie i utrzymaniu, ich konstruowanie trwa przez wiele lat i jest ich niewiele, przez co ustawiają się do nich długie kolejki naukowców. Teraz dzięki naukowcom z Holandii może się to zmienić. Opracowali oni bowiem technikę więzienia i badania ciężkich molekuł w warunkach laboratoryjnych.
      Ciężkie molekuły są świetnym obiektem do badań nad elektrycznym momentem dipolowym elektronu. Jednak dotychczas stosowane metody nie pozwalały na ich uwięzienie w warunkach niewielkiego laboratorium.
      Standardowe techniki poszukiwania elektrycznego momentu dipolowego elektronu (eEDM) wykorzystują wysoce precyzyjną spektroskopię. Jednak by ją zastosować konieczne jest najpierw spowolnienie molekuł i schwytanie ich w pułapkę laserową lub elektryczną. Problem w tym, że do odkrycia zjawisk wykraczających poza Model Standardowy konieczne może okazać się przechwycenie molekuł zbyt ciężkich, by mogły uwięzić je lasery. Z kolei pułapki elektryczne pozwalają na przechwycenie ciężkich jonów, ale nie obojętnych elektrycznie molekuł.
      Naukowcy z Uniwersytetu w Groningen, Vrije Universiteit Amsterdam oraz instytutu Nikhef rozpoczęli swoją pracę od stworzenie molekuł fluorku strontu (SrF), które powstały w wyniku reakcji chemicznych zachodzących w kriogenicznym gazie w temperaturze około 20 kelwinów. Dzięki niskiej temperaturze molekuły te mają początkową prędkość 190 m/s, podczas gdy w temperaturze pokojowej wynosi ona ok. 500 m/s. Następnie molekuły wprowadzane są do 4,5-metrowej długości spowalniacza Stark, gdzie zmienne pola elektryczne najpierw je spowalniają, a następnie zatrzymują. Molekuły SrF pozostają uwięzione przez 50 milisekund. W tym czasie można je analizować za pomocą specjalnego systemu indukowanego laserem. Pomiary takie pozwalają badać właściwości elektronów, w tym elektryczny moment dipolowy, dzięki czemu możliwe jest poszukiwanie oznak asymetrii.
      Model Standardowy przewiduje istnienie eEDM, jednak ma on niezwykle małą wartość. Dlatego też dotychczas właściwości tej nie zaobserwowano. Obserwacja i zbadanie eEDM mogłyby wskazać na istnienie fizyki wykraczającej poza Model Standardowy.
      Molekuły SrF, którymi zajmowali się Holendrzy, mają masę około 3-krotnie większą niż inne molekuły badane dotychczas podobnymi metodami. Naszym kolejnym celem jest uwięzienie jeszcze cięższych molekuł, jak np. fluorku baru (BaF), który ma macę 1,5 raza większą od SrF. Taka molekuła byłaby jeszcze lepszym celem do pomiarów eEDM, mówi Steven Hoekstra, fizyk z Uniwersytetu w Groningen. Im bowiem cięższa molekuła, tym dokładniejszych pomiarów można dokonać.
      Jednak możliwość uwięzienia ciężkich molekuł przyda się nie tylko do badania elektrycznego momentu dipolowego elektronu. Można dzięki temu przeprowadzać też zderzenia ciężkich molekuł przy niskich energiach, symulując warunki w przestrzeni kosmicznej. To zaś przyda się podczas badań interakcji na poziomie kwantowym. Hoekstra mówi, że wraz ze swoimi kolegami będą też pracowali nad zwiększeniem czułości pomiarów poprzez zwiększenie intensywności strumienia molekuł. Spróbujemy też uwięzić bardziej złożone molekuły, jak BaOH czy BaOCH3. Dodatkowo wykorzystamy naszą technikę do badania asymetrii w molekułach chiralnych, zapowiada.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      VCSEL to najpopularniejszy typ laserów. Znajdziemy je w smartfonach, sieciach komputerowych czy urządzeniach medycznych. Emitują światło z kwantowych studni lub kropek umieszczonych pomiędzy lustrami. Studnie i kropki są niezwykle małe, ich wielkość mierzy się w ułamkach mikrometrów. To z jednej strony zaleta, pozwalająca na miniaturyzację i dużą prędkość pracy, jednak z drugiej strony rozmiar ogranicza moc lasera. Teraz, po dziesięcioleciach prac, udało się opracować rozwiązanie, które pozwoli zwiększyć moc VCSEL, znajdą więc one zastosowanie tam, gdzie stosowane dotychczas być nie mogły.
      Przez dekady naukowcy próbowali zwiększyć moc VCSEL (vertical cavity surface emitting laser) poprzez wymuszenie na nich pracy grupowej. Chcieli połączyć wiele laserów w jeden, o zwielokrotnionej mocy. Niestety, minimalne niedokładności w procesach produkcyjnych powodowały, że lasery takie pracowały w niewielkich niezależnych od siebie grupach, których emisja nie była ze sobą zsynchronizowana. Niemożliwe było wiec uzyskanie spójnego promienia laserowego.
      Dopiero teraz naukowcy pracujący pod kierunkiem Sebastiana Klembta z Uniwersytetu w Würzburgu i Mordechaia Segeva z Izraelskiego Instytutu Technologii Technion, opracowali metodę na wymuszanie spójnej pracy 30 VCSEL. Udało im się to dzięki ułożeniu laserów tak, by geometria całości była zgodna z tym, czego uczeni dowiedzieli się z badań nad izolatorami topologicznymi.
      Izolatory topologiczne to niezwykłe materiały. Są jednorodne, a mimo to wewnątrz są izolatorami, podczas gdy ich powierzchnia jest przewodnikiem. Materiały takie odkryto dawno, ale historia ich zastosowania w laserach liczy sobie zaledwie 8 lat gdy Segev i naukowcy z Uniwersytetu w Rostocku zaprezentowali pierwszy fotoniczny izolator topologiczny. W laserze tym światło wędrowało wzdłuż krawędzi dwuwymiarowej macierzy falowodów i nie było zakłócane przez ich niedoskonałości. Kilka lat później Segev wraz z inną już grupą współpracowników pokazał, że możliwe jest zmuszenie wielu takich laserów do współdziałania. Jednak system miał poważne ograniczenia. Światło krążyło w płaszczyźnie układu, który je generował. To zaś oznaczało, że moc systemu była ograniczona przez wielkość urządzenia do emisji światła. Naukowcy porównują to do elektrowni, z której wychodzi tylko jedno gniazdko do podłączenia urządzenia.
      Nowa topologiczna macierz VSCEL składa się z dwóch typów macierzy w kształcie plastra miodu, na wierzchołkach których umieszczono nanoskalowe kolumienki. Jednym z typów macierzy jest macierz rozciągnięta, drugim – ściśnięta. Uczeni stworzyli specjalny interfejs pomiędzy nimi. Gdy ma on odpowiednie parametry, otrzymujemy topologiczny interfejs, w którym światło musi przepływać pomiędzy laserami. Taki ciągły topologicznie chroniony przepływ światła powoduje, że światło każdego z laserów musi dotrzeć do wszystkich innych laserów, dzięki czemu otrzymujemy spójną wiązkę, wyjaśnia Segev. Obecnie więc światło krąży w całej macierzy, ale jest też emitowane przez każdy z laserów, wchodzących w jej skład.
      Topologiczne założenia naszego lasera będą działały dla wszystkich długości fali i różnych materiałów. To, ile mikrolaserów możemy połączyć w macierz zależy wyłącznie od tego, jak mają być stosowane. Możemy stworzyć wielką macierz i powinna ona emitować spójne światło dla dużej liczby laserów. To wspaniałe, że topologia, która w przeszłości była wyłącznie dziedziną matematyki, staje się rewolucyjnym narzędziem pozwalającym na kontrolowanie i udoskonalanie laserów, cieszy się profesor Klembt.
      Nasza praca to przykład potęgi topologicznego transportu światła. Niewielkie sprzężenie na płaszczyźnie wystarczy, by wymusić na macierzy indywidualnych źródeł emisji działanie w roli pojedynczego źródła, czytamy na łamach Science.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Na szczycie Mount Säntis w Alpach Szwajcarskich zainstalowano potężny laser, za pomocą którego naukowcy chcą sprawdzić, czy systemy laserowe mogą kontrolować i przekierowywać pioruny. Prototypowa instalacja – ważący pięć ton laser o długości dziewięciu metrów – została umieszczona przy 123-metrowej wieży telekomunikacyjnej.
      Naturalne wyładowania atmosferyczne to wciąż poważny problem. W samych tylko Stanach Zjednoczonych powodowane nimi straty – związane głównie z zakłóceniami ruchu lotniczego, uszkodzeniami samolotów i linii wysokiego napięcia – sięgają 5 miliardów dolarów rocznie. Tymczasem wciąż korzystamy z opracowanego w 1752 roku piorunochronu pomysłu Benjamina Franklina. Nie jest to optymalne rozwiązanie. Piorunochronów nie da się instalować wszędzie, chronią one tylko przed bezpośrednim uderzeniem, a prowadząc ładunek do ziemi mogą powodować kolejne problemy, jak interferencja magnetyczna czy skoki napięcia w różnych urządzeniach.
      Koncepcja „laserowego piorunochronu” pojawiła się całe dziesięciolecia temu, jednak środowisko naukowe było podzielone w kwestii jej przydatności. Przed czterema laty rozpoczęto finansowany przez Unię Europejską projekt badawczy Laser Lightning Rod (LLR). Owocem projektu jest zainstalowany niedawno na Mount Säntis wielki laser. LLR to obecnie jeden z najpotężniejszych laserów w swojej klasie, stwierdził inżynier Clemens Herkommer z firmy TRUMPF Scientiic Lasers, która była partnerem projektu.
      Terawatowy laser wystrzeliwuje w stronę chmur 1000 ultrakrótkich impulsów na sekundę. W ten sposób powstaje długi kanał zjonizowanego powietrza nazwany laserowym włóknem. Zjonizowane powietrze stawia mniejszy opór elektryczny, a że wyładowania przebiegają właśnie po trasie najmniejszego oporu, naukowcy mają nadzieję, że laserowe włókno będzie stanowiło dla pioruna preferowaną ścieżkę, gdy dojdzie do wyładowania. W ten sposób energia wyładowania atmosferycznego ma zostać przekierowana tam, gdzie może wyrządzić ono jak najmniej szkód. Wystrzeliwując w chmury tysiąc impulsów na sekundę, możemy bezpiecznie rozładować ładunek elektryczny i spowodować, że świat stanie się nieco bezpieczniejszy, mówi Herkommer.
      Szczyt Mount Säntis jest jednym z tych miejsc w Europie, gdzie dochodzi do najczęstszych uderzeń piorunów. Każdego roku doświadcza on około 100 takich wydarzeń, a większość z nich ma miejsce pomiędzy majem a sierpniem.
      Już wkrótce powinniśmy poznać wstępne wyniki działania LLR. Jeśli system się sprawdzi, nie można wykluczyć, że w przyszłości laserowe piorunochrony będą czuwały nad bezpieczeństwem lotnisk, elektrowni atomowych i innej krytycznej infrastruktury.

      « powrót do artykułu
  • Recently Browsing   0 members

    No registered users viewing this page.

×
×
  • Create New...