تابش حاصل از برخورد الکترون‌هایی با سرعت نور و پرتو لیزر شدید

پهنای باند تابش الکترومغناطیسی بسیار گسترده است. این تابش به اشکال مختلف مانند امواج رادیویی، میکروویو، تابش ایکس پرانرژی و امواج گاما وجود دارد. اما این تابش دقیقا چیست؟

تابش الکترومغناطیسی نوعی از انرژی است و زمانی که ذرات باردار شتاب داشته‌باشد، گسیل می‌شود. زمانی‌که ذرات بار‌دار از خود انرژی گسیل می‌کند، تحت تاثیر نیروی مخالفی به‌نام بر‌هم‌کنش تابشی قرار می‌گیرد. نیرو‌ها‌ی بر‌هم‌کنشی تابشی معمولا بسیار کوچک بوده و به‌راحتی قابل آشکار‌سازی نیستند؛ اما تاثیر آن‌ها در بر‌هم‌کنش‌ها‌ی لیزر و پلاسما و اختر‌فیزیک که معمولا با میدان‌ها‌ی الکترومغناطیسی و الکترون‌ها‌ی پر انرژی سرو کار دارند، قابل توجه است.

در پژوهشی که در Physical Review X منتشر شده است، تاثیرات مشاهده‌شده از نیروی بر‌هم‌کنشی تابشی هنگام برخورد یک پالس لیزری پر‌شدت با دسته‌ای از الکترون‌ها‌ی پرانرژی، بررسی شده است. تیمی از دانشمندان با حمایت پروژه‌ها‌ی EU-funded، TeX-MEx و SF-QFT و با استفاده از لیزر Astra Gemini، متعلق به آزمایشگاه لیزر مرکزی بریتانیا این آزمایش را انجام داده‌اند.

لیزر دو پرتویی Astra Gemini، دو تابش لیزری را به‌صورت هم‌زمان تابش می‌کند و این دو تابش باهم‌دیگر، توانی به‌اندازه‌ی ۱۵^۱۰ وات تولید می‌کنند. در این آزمایش، یکی از پرتوهای لیزری برای تولید دسته‌ای از الکترون‌ها‌ی پرانرژی مورد استفاده قرار می‌گیرد. این در حالی‌ است که پرتو لیزری دوم با دسته‌ی الکترون‌ها برخورد داده می‌شود. زمانی که پرتو الکترونی با دسته‌ی الکترون‌ها برخورد کند، الکترون‌ها در میدان الکترومغناطیسی پرتو لیزری دوم به نوسان در‌آمده و فوتون‌ها‌ی لیزر را پراکنده می‌کنند. فوتون‌ها‌ی پراکنده‌شده، به‌عنوان پرتو گاما، آشکار‌سازی می‌شوند. از دست رفتن انرژی الکترون‌ها، باعث ایجاد نیرو‌ی بر‌هم کنشی تابشی می‌شود.

ایجاد شرایط یک برخورد میان پالس لیزری و دسته‌ای از الکترون‌ها بسیار دشوار است؛ چرا که ضخامت یک پالس لیزری از ضخامت موی انسان کم‌تر است و عمر هر‌کدام از پالس‌ها، کم‌تر از کسری از ثانیه است که باید با یک الکترون در سایز میکرون که با سرعت نزدیک به نور حرکت می‌کند، برخورد داده شود. آشکار‌سازی امواج گاما نشان‌دهنده‌ی یک برخورد موفقیت‌آمیز است. با در نظر گرفتن این سرعت‌ها‌ی زیاد و پهنا‌ها‌ی کوچک و تغییرات دسته‌ی الکترون‌ها و تنظیمات محل نشانه‌گیری و تنظیم زمانی لیزر، چرایی کم بودن تعداد برخورد‌ها‌ی موفق، بسیار واضح خواهد بود.

اندازه‌گیری‌ها‌ی انجام شده، برای مقایسه‌ی مدل‌ها‌ی کلاسیکی و کوانتومی بر‌هم کنش تابشی، استفاده شده است. طبق اطلاعات به‌دست‌آمده، تخمین مدل‌ها‌ی کلاسیکی از نیرو‌ها‌ی بر‌هم کنش تابشی و امواج گاما در مقایسه با مدل‌ها‌ی کوانتومی، بیش از حد واقعی است. در بیش از ۶۸ درصد مواقع، داده‌ها‌ی مدل‌ها‌ی الکترومغناطیسی کوانتومی بهتر جواب می‌دهند اما پژوهش بیش‌تری برای تولید مدل‌ها‌ی بهتر مورد نیاز است.

پروژه‌ی آینده‌ی این تیم پژوهشی، ترکیب کردن لیزر‌ها‌یی با شدت و پایداری بیش‌تر است تا بتوان داده‌ها‌ی کافی برای مطالعه‌ی برهم‌کنش تابشی کوانتومی جمع آوری کرد.