Физики создали искривленные плазменные каналы в газе, которые, в частности, могут помочь в исследовании атмосферы. Об этом сообщает New Scientist, а работа исследователей опубликована в журнале Science. Эти каналы будут получать при помощи сверхкоротких искривленных лазерных импульсов.
Узнайте больше в полной версии ➞В основу работы положены так называемые пучки Эйри. Эти объекты были открыты в конце 70-х годов прошлого века и названы в честь астронома Джорджа Эйри (George Airy), поскольку в их математическом описании используется функция, придуманная этим ученым. Пучки Эйри получаются в результате взаимодействия некоторого количества электромагнитных волн, параметры которых (относительные фазы и амплитуды) подобраны специальным образом. В результате возникает искривленный луч (см. иллюстрацию), соответствующий региону пространства где энергия электромагнитных колебаний максимальна.
Перед проведением непосредственно опыта ученые провели математическое моделирование будущего процесса. Для численного решения уравнений, описывающих пучки, ученым потребовался 8-процессорный компьютер с 64 гигабайтами оперативной памяти.
В рамках исследования физики использовали лазерные импульсы в инфракрасном диапазоне длительностью 35 фемтосекунд (10-15 секунды), которые генерировались титан-сапфировой системой. Чтобы возникла схема волн, формирующая пучок Эйри, эти импульсы пропускались через линзы и фильтры. Полученный в результате импульс успевал отклониться на пять миллиметров в сторону на каждые 60 сантиметров пути.
Высокая энергия пучка приводила к тому, что вдоль траектории воздух ионизировался. Таким образом, в атмосфере возникал искривленный плазменный канал (плазма - это полностью или частично ионизированный газ). По словам исследователей, такие каналы могут найти применение, например, для исследования атмосферы. В настоящее время для изучения воздушных масс используются лазеры, которые проходят через все слои воздуха сразу. Новая технология теоретически позволяет добиться того, что луч будет загибаться, оставаясь внутри фиксированного воздушного слоя, тем самым позволяя послойно исследовать структуру атмосферы.
Кроме этого, некоторые ученые полагают, что новые искривленные плазменные каналы могут быть полезны для "разрядки" дождевых облаков, то есть для искусственного вызывания в них молний. Принципиальную возможность этого физики из Франции, Швейцарии и Германии доказали в 2008 году (теоретически этот вопрос обсуждался с 70-х годов прошлого века).
Также в 2008 году ученые из Университета Сент-Эндрюс научились манипулировать микрообъектами при помощи искривленного луча лазера. Частицы располагались в специальном горизонтальном прозрачном контейнере, на который снизу направляли пучки Эйри. В результате давления импульсов частицы поднимались не вертикально вверх, как в случае с обычным лазером, а двигались по параболической траектории. Для достижения подобного эффекта с помощью обычного лазера необходимы либо несколько источников, либо сложная система поворота одного источника с изменением параметров излучения.