Los investigadores de la Universidad de California en San Diego tienen cálculos sobre cómo crear rayos láser retorcidos de alta intensidad, un sabor de pulso láser que el mundo probablemente nunca haya visto. Estos investigadores también han hecho los cálculos sobre cómo utilizar estos pulsos láser en forma de sacacorchos para realizar investigaciones de vanguardia. Finalmente, tienen predicciones sobre cómo responderán los materiales en los que planean "perforar" con pulsos de luz de sacacorchos.

En la actualidad, todo este trabajo vive en los dominios de la teoría y las simulaciones de supercomputadoras. Pero eso está a punto de cambiar gracias a la financiación de la National Science Foundation (NSF). Una nueva subvención permitirá a los investigadores de UC San Diego asociarse con experimentadores y realizar experimentos que investiguen las interacciones entre la luz retorcida de alta intensidad y la materia en el nuevo, instalaciones de vanguardia de Infraestructura Ligera Extrema (ELI) en Rumania y la República Checa. Esta es la primera subvención de la NSF para financiar a investigadores con sede en EE. UU. Para que prueben su trabajo teórico en las instalaciones de ELI.

Alexey Arefiev, un profesor de ingeniería mecánica y aeroespacial de UC San Diego, es el investigador principal de la subvención NSF de tres años. La mayor parte del trabajo experimental se realizará en la Extreme Light Infrastructure for Nuclear Physics (ELI-NP) en Rumania. que recientemente estrenó su sistema láser de alta potencia de 10 Petavatios.

"Es muy difícil hacer luz retorcida de alta intensidad. Los métodos convencionales para torcer la luz no son aplicables, ", dijo Arefiev." Estamos encantados de tener estas oportunidades. Debes probar experimentalmente tu trabajo teórico, ya que esta es la única forma de mejorar su comprensión de cómo funciona realmente la naturaleza ".

De este trabajo podrían surgir conocimientos fundamentales para la física nuclear y la astrofísica. La investigación también podría conducir a conocimientos útiles para las terapias tumorales no invasivas. En particular:la luz retorcida podría usarse para mejorar las características del haz de iones necesarios para las terapias de protones.

"Durante años, Alexey Arefiev ha estado a la vanguardia del trabajo de modelado de interacciones luz-materia a intensidades extremas. La oportunidad de probar este trabajo teórico moverá todo el campo de las interacciones de la materia ligera a intensidades extremas hacia adelante. Este es un gran ejemplo de lo mejor que pueden ofrecer las colaboraciones de investigación internacionales, "dijo Vyacheslav (Slava) Lukin, un Director de Programa para el programa de Física del Plasma en la National Science Foundation.

La colaboración única surgió de un esfuerzo del Departamento de Estado de EE. UU. Para fomentar la colaboración científica internacional a través de un diálogo entre EE. UU. Y ELI.

El equipo de UC San Diego se asociará con un equipo dirigido por Dan Stutman, un científico investigador de la Universidad Johns Hopkins que también es científico senior y jefe de experimentos de láser de física nuclear en ELI-NP. El trabajo teórico en UC San Diego también ayudará a guiar y comparar la investigación en curso sobre luz retorcida de alta intensidad y alta energía en las instalaciones láser ELI-NP y CETAL-PW en Rumania, trabajo dirigido por Stutman y financiado por el Ministerio de Investigación e Innovación de Rumania.

Pulsos láser sacacorchos

La hoja de ruta teórica para la creación de la luz sacacorchos se basa en el trabajo realizado por Yin Shi, investigador postdoctoral en el Grupo de Simulación Relativista de Plasma Láser de Arefiev en la Escuela de Ingeniería de UC San Diego Jacobs y ex receptor de la Beca Internacional Newton de la Royal Society (Reino Unido).

"Finalmente vamos a descubrir qué hacemos y qué no entendemos acerca de la luz en forma de sacacorchos. Esta oportunidad de crear realmente, Estudiar y probar estos pulsos especiales de láser es una oportunidad increíble tanto intelectualmente como en términos de mi carrera, ", dijo Shi." Espero aprovechar al máximo los láseres y los equipos de investigación de ELI ".

Una vez que se genera la luz del sacacorchos, Arefiev y su equipo trabajarán con experimentadores para garantizar que estos pulsos de láser de alta intensidad interactúen con los materiales que están probando de manera que generen campos magnéticos que nunca antes se habían producido. Esto implica asegurarse de que el momento angular orbital que da a estos pulsos ultracortos su forma de sacacorchos se transfiera realmente al material de plasma.

Finalmente, el equipo tiene predicciones sobre cómo los campos magnéticos afectarán la dinámica de los iones.

"Aún queda mucha física por descubrir. Hay tanto que no sabemos sobre cómo se comportarán los pulsos de láser con momento angular orbital, cómo se transferirá el momento angular orbital a los materiales plasmáticos, y cómo afectará eso al transporte de iones, "dijo Arefiev." La vida está llena de sorpresas, este trabajo experimental podría conducir a muchos nuevos descubrimientos ".