Физики рассчитали совершенно новый способ создания суперсильных магнитных полейПопулярная наука
Фиона Макдоналд (Fiona Macdonald)
Сильнее любого магнитного поля на Земле.
Исследователи предложили новый способ использования лазеров для генерации магнитных полей, которые по своей мощности на порядок превосходят те, что мы на сегодняшний день способны произвести на нашей планете.
В природе подобные суперсильные поля существуют только в космическом пространстве, и они могут быть ключом к использованию чистой энергии ядерного синтеза и моделированию астрофизических процессов в лабораторных условиях.
Идея захватывающая, однако до сих пор в качестве доказательств жизнеспособности данной технологии физики использовали лишь теоретические расчеты, и экспериментально она пока не подтверждена, на что имеется уважительная причина: на данный момент мы не располагаем достаточно мощными лазерами, чтобы ее проверить.
Между тем на бумаге замысел работает благодаря так называемому эффекту Фарадея, который является результатом необычного взаимодействия между светом и магнитным полем.
Это довольно сложный процесс. Если говорить в общих чертах, эффект Фарадея связан с тем фактом, что при движении электромагнитной волны — такой, как видимый свет — через немагнитную среду ее плоскость поляризации будет вращаться при наличии постоянного магнитного поля.
Если разбирать это явление немного подробнее, можно сказать, что, когда свет поляризован, это значит, что все световые волны вибрируют в одной плоскости. Но угол этой плоскости может вращаться.
А благодаря эффекту Фарадея при свете, проходящем через среду, плоскость поляризации будет вращаться в соответствии с постоянным магнитным полем.
Как все это связано с лазерами? Ну, побочный результат эффекта Фарадея заключается в том, что, если вы начинаете воздействовать на поляризацию видимого света, проходящего через магнитную среду, она будет порождать магнитное поле.
Чем сильнее электромагнитная волна, тем выше производимое ею магнитное поле — так что, если вы используете действительно сильные лазеры, у вас должно возникнуть реально крутое поле.
Физики экспериментируют с этой идеей начиная с 1960-х годов, но причина, по которой она до сих пор не реализована, в том, что эффект Фарадея также требует наличия поглощения — того, что обычно происходит в ходе столкновения электронов.
После того как вы добьетесь определенной интенсивности лазера, электроны становятся ультрарелятивистскими, это означает, что они в своем огромном множестве сталкиваются реже и обычного поглощения в итоге не происходит.
По этой причине исследователи предположили, что лазер, достаточно мощный, чтобы создать суперсильное магнитное поле, также будет останавливать процесс абсорбции, что в свою очередь сведет на нет эффект Фарадея.
Однако недавно исследователи из России, Италии и Германии выдвинули гипотезу о том, что при очень высокой интенсивности лазерных волн поглощение может осуществляться не за счет столкновения электронов, но благодаря радиационному трению.
А этот особый тип трения, по крайней мере на бумаге, может привести к генерации суперсильного магнитного поля.
По расчетам команды ученых, достаточно мощный лазер будет способен производить поля с магнитной индукцией в несколько гигагаусс (гаусс (Гс) является единицей измерения магнитных полей).
Для сравнения: гигагаусс — это 109 Гс, или 1 000 000 000 Гс. Магнитное поле сумасшедшей силы, создаваемое магнитно-резонансным томографом, может достичь только 70 000 Гс, в то время как поверхность нейтронной звезды составляет около 1012 Гс.
Магнитные поля, которые мы можем создавать сегодня в лаборатории, достигают предела 108 Гс, с их помощью удается эффективно контролировать ядерный синтез в течение длительных периодов времени — то, где эта новая технология может особенно пригодиться.
Она также позволит ученым в лаборатории воссоздать невероятно сильные магнитные условия космического пространства.
«Новая область исследований — лабораторная астрофизика — возникла сравнительно недавно и сегодня стремительно развивается, — рассказывает один из исследователей, Сергей Попруженко, из Московского инженерно-физического института (Национальный исследовательский ядерный университет „МИФИ“). — Наша работа представляет особый интерес, поскольку предлагает новые возможности в этой области».
Задача теперь состоит в том, чтобы экспериментально проверить эту новую технику, чтобы понять, работает ли она в реальной жизни так, как это происходит на бумаге. Но если Попруженко предсказывает, что нам удастся сделать это в «ближайшем будущем», все-таки необходимо подождать, пока в нашем распоряжении окажется лазер достаточной мощности.
Хорошая новость в том, что в рамках европейского проекта Extreme Light Infrastructure три лазера уже находятся на стадии разработки в Чехии, Румынии и Венгрии, так что прогресс налицо.
«За счет радиационного трения эти лазерные установки будут способны переносить нагрузки, необходимые для генерации сверхсильных магнитных полей, а также окажутся полезными для наблюдения многих других фундаментальных эффектов сильного поля», — говорит Попруженко.
Исследование было опубликовано в New Journal of Physics.
Источник:
