Ученые открыли лазерному лучу путь в область квантовых исследований

Международная группа ученых совершила прорыв в повышении мощности лазерного импульса. Жан-Клод Киффер из канадского института INRS, Ефим Хазанов из Института прикладной физики РАН и Жерар Муру из швейцарской Федеральной политехнической школы Лозанны в своих экспериментах получили значение импульсной мощности в 1023 Вт. Подробности — ​в интервью Жан-Клода Киффера корреспонденту «СР».

— Жан-Клод, какую цель вы ставили перед собой, когда начали это исследование?

— Область моих научных интересов — ​физика плазмы, сверхбыстрые лазеры, взаимодействие лазера с веществом, сверхбыстрые источники рентгеновского излучения и их практическое применение. Я начал работать со сверхбыстрым лазером с высокой пиковой мощностью сразу после изобретения Донной Стрикленд и Жераром Муру метода чирпированного импульсного усиления. Донна и Жерар получили Нобелевскую премию в 2018 году за это открытие.

С 2014 по 2016 год мы с командой модернизировали систему высокой пиковой мощности лазера ALLS с 200 ТВт до 700 ТВт, и сегодня я заведую этим оборудованием в INRS. Это первая в мире система такого типа.

На этом оборудовании вместе со своими учениками я изучал физику взаимодействия лазерного излучения с веществом в диапазоне интенсивности от 1019 до 1022 Вт/см2. В ходе этих экспериментов я понял, что переход к еще более высоким значениям, от 1023 до 1024 Вт/см2, откроет двери лазерному излучению в область новой физики, позволит с его помощью изучать явления квантовой электродинамики (КЭД), например эффекты фотон-фотонного взаимодействия. Это сложная техническая задача, но мы ее решили.

— Каким образом?

— Все наши предшественники пытались усилить лазерный импульс за счет повышения мощности лазерной установки. Но расчеты показывали, что для этого потребовалось бы построить слишком большие и сложные системы.

Наша исследовательская группа, в которую входят ученые из России, Канады и Франции, решила использовать нелинейные оптические методы. Луч лазерного света направляется на очень тонкую пластину из специального материала. Особенности распространения света в этом материале значительно расширяют спектр импульса и сокращают его длину на выходе из пластины. Мы сжали импульс лазерного света до нескольких фемтосекунд и получили рекордное значение импульсной мощности в 1023 Вт.

Мы впервые показали, что можно получить очень высокую мощность при разумных затратах и сложности системы. Мы думаем, что, используя этот метод, можно достичь и более высоких значений.

— Как ваше достижение поможет квантовым исследованиям?

— КЭД хорошо известна на уровне отдельных частиц, но явления на групповом уровне, когда электрон, фотоны и позитроны взаимодействуют с очень сильным электромагнитным полем, не совсем понятны. Было предсказано много экзотических эффектов, в том числе вакуумное двулучепреломление и перемешивание волн. Наше открытие позволит проверить эти теории.