Stellen Sie sich vor, die Bedingungen eines Neutronensterns in einem Labor nachzubilden. Jüngste Fortschritte in der Lasertechnologie machen dies möglich und eröffnen neue Wege zur Erforschung extremer Physik, die bisher auf astrophysikalische Umgebungen beschränkt war.
Forscher in den Vereinigten Staaten, unterstützt von der National Science Foundation und dem Air Force Office of Scientific Research, verwenden Multi-Petawatt-Laser, um ultrastarke Magnetfelder in dichtem Plasma zu erzeugen. Simulationen zeigen, dass Magnetfelder von mehr als 4 Gigagauss erreicht werden können, was der Stärke in den Magnetosphären von Neutronensternen nahekommt.
Diese intensiven Magnetfelder erleichtern die Erzeugung von hochenergetischen Gammastrahlen und bemerkenswerterweise die Erzeugung von Elektron-Positron-Paaren direkt aus Licht. Dieser Durchbruch ermöglicht die Untersuchung relativistischer magnetischer Rekonnexion und strahlungsdominierter Elektronendynamik und bietet potenzielle Anwendungen in neuen Diagnosewerkzeugen, kompakten Teilchenquellen und verbesserten Modellen kosmischer Phänomene.
Die Fähigkeit, Gammastrahlen zu erzeugen, ebnet auch den Weg für die Erzeugung von Materie aus Licht durch den Breit-Wheeler-Prozess. Simulationen sagen voraus, dass die Kollision von Gammastrahlen, die von Lasern erzeugt werden, Millionen von Elektron-Positron-Paaren erzeugen kann, ein bedeutender Sprung gegenüber früheren Experimenten.
Darüber hinaus haben Wissenschaftler entdeckt, dass ein einzelner Laserstrahl ein Plasma selbstorganisieren kann, um einen Photon-Photon-Collider zu bilden, der Gammastrahlen sowohl in Vorwärts- als auch in Rückwärtsrichtung aussendet. Dieser innovative Ansatz vereinfacht den Prozess der Erzeugung von Materie aus Licht, macht ihn experimentell realisierbarer und führt möglicherweise zu kompakten, laserbasierten Positronenquellen für die Materialcharakterisierung und die Antimaterieforschung.