Zespół fizyków z Chin wykazał 20-krotne zwiększenie ultraszybkich interakcji lasera poprzez wykorzystanie kwantowych właściwości światła i osiągnięcie tego bez zwiększania energii dostarczanej do celu. Odkrycia opublikowane w Nature mają potencjalne implikacje dla sposobu badania materii w niezwykle krótkich skalach czasowych.
Naukowcy pod kierunkiem Jian Wu z East China Normal University wykorzystali kwantowy stan światła znany jako jasna ściśnięta próżnia (BSV) do wywołania jonizacji tunelowej w atomach sodu. W przeciwieństwie do konwencjonalnych impulsów laserowych, które dostarczają fotony ze stałą szybkością, BSV generuje ekstremalne wahania gęstości fotonów. Powoduje to krótkie wybuchy o bardzo dużej chwilowej intensywności, przy utrzymaniu niskiej średniej energii.
Zespół odkrył, że impuls BSV o średniej energii zaledwie 300 nanodżuli wytwarza taki sam nieliniowy efekt jonizacji jak konwencjonalny impuls laserowy, przy ponad 20-krotnie większej efektywnej intensywności. Co istotne, ulepszenie to nastąpiło bez wzrostu mocy średniej, co minimalizuje ryzyko uszkodzeń termicznych lub strukturalnych zarówno tarcz, jak i elementów optycznych.
Nieliniowe procesy optyczne mają wpływ na różne dziedziny, w tym generowanie wysokich harmonicznych i fizykę attosekund, która bada dynamikę elektronów w skali czasowej jednej kwintylionowej sekundy. Obecne eksperymenty w tych obszarach często prowadzą do granic szkód materialnych. Manipulując kwantowymi właściwościami statystycznymi światła, a nie tylko zwiększając energię impulsu, naukowcy wskazali, że siłę interakcji można dostroić niezależnie od średniej mocy, torując drogę przyszłym eksperymentom attosekundowym przy niższych kosztach energii i zmniejszonych szkodach ubocznych.
Praca ta wpisuje się w szerszy trend w optyce kwantowej, który postrzega fluktuacje kwantowe jako cenny zasób, a nie szum. Chociaż technika ta ma wciąż charakter eksperymentalny, sugeruje przyszłość, w której ustrukturyzowane stany kwantowe światła odgrywają zasadniczą rolę w ultraszybkiej technologii optycznej, uzupełniając tradycyjną intensywność lasera. Badanie odzwierciedla kluczową zmianę w rozumieniu i zastosowaniu światła kwantowego w precyzyjnych interakcjach laserowych.
