Ko laser zadene snov, jo lahko v trenutku spremeni v plazmo z milijoni stopinj. Raziskovalci iz Združenja nemških raziskovalnih centrov Helmholtz so zdaj prvič natančno spremljali, kako se ta proces odvije – v trilijoninkah sekunde.
Eksperiment so izvedli na evropskem rentgenskem laserju XFEL v Schenefeldu pri Hamburgu. Združili so dva zmogljiva sistema: rentgenski laser na prostih elektronih in visokointenzivni optični laser. S tem so lahko opazovali ionizacijo – proces, pri katerem atomi izgubijo elektrone – v realnem času.
V poskusu so z izjemno močnim laserskim impulzom zadeli tanko bakreno žico, debelo približno sedmino človeškega lasu. Intenzivnost svetlobnega bliska je dosegla okoli 250 bilijonov megavatov na kvadratni centimeter, kar ustreza razmeram v ekstremnih vesoljskih okoljih, na primer v bližini nevtronskih zvezd.
Žica je v trenutku izparela in ustvarila plazmo s temperaturo več milijonov stopinj. Atomi bakra so pri tem izgubili velik del svojih elektronov in prešli v močno ionizirano stanje.
Raziskovalci so uporabili metodo “črpanja in sondiranja”. Prvi laserski impulz sproži nastanek plazme, drugi pa z majhnim časovnim zamikom meri njeno stanje. Tako lahko korak za korakom spremljajo, koliko močno ioniziranih atomov je prisotnih v posameznem trenutku.
Meritve so pokazale jasno časovno dinamiko. Število ionov bakra, ki so izgubili 22 elektronov, hitro naraste in doseže vrh po približno 2,5 pikosekunde, nato pa začne upadati. V približno desetih pikosekundah jih ni več mogoče zaznati, saj se elektroni ponovno vežejo na atome.
Računalniške simulacije kažejo, da prvi laserski impulz sproži verižno reakcijo: energični elektroni se širijo skozi snov in izbijajo dodatne elektrone iz atomov. Sčasoma pa proces oslabi in snov se začne vračati v stabilnejše stanje.
Raziskava prinaša enega najbolj natančnih vpogledov doslej v obnašanje snovi pri ekstremnih energijah. Takšno razumevanje je ključno za razvoj tehnologij, kot je laserska fuzija, kjer je nadzor nad vročo plazmo odločilen za prihodnjo proizvodnjo energije.
