От неразрушающих изображений до производства компьютерных чипов — люди могут использовать, казалось бы, противоречащие физике свойства квазичастиц. Международная группа ученых намеревалась изменить основы радиационной физики в надежде разработать сверхмощные источники света.В новом исследовании, опубликованном в журнале Nature Photonics, исследователи из Высшего института Португалии (IST), Рочестерского университета, Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе и Французской лаборатории оптических приложений предлагают способ использования квазичастиц для создания источника света, который будет таким же мощным, как современные источники света, но меньшего размера.


Ученые изучили уникальные свойства квазичастиц в плазме с помощью передового компьютерного моделирования на суперкомпьютерах, предоставленных Европейским совместным проектом по высокопроизводительным вычислениям. Они предлагают использовать квазичастицы для создания источников света, столь же мощных, как современные источники света, но гораздо меньших размеров. Фото предоставлено: Бернардо Малака

Квазичастицы — это необычные объекты, образованные синхронным движением множества электронов. Поразительно, но они могут летать с беспрецедентной скоростью, даже превышающей скорость света, и противостоять необычайно сильным силам, подобным тем, которые обнаруживаются вблизи черных дыр.

«Самое интересное в квазичастицах то, что они могут двигаться способами, не допускаемыми законами физики одиночных частиц», — сказал Джон Паластро, старший научный сотрудник Лаборатории лазерной энергетики, доцент кафедры машиностроения и доцент Института оптики.

Перспективные исследования и потенциальные применения Паластро и его коллеги изучали уникальные свойства квазичастиц в плазме с помощью передового компьютерного моделирования на суперкомпьютерах, предоставленных Европейским объединенным предприятием по высокопроизводительным вычислениям. Они видят многообещающие применения источников света на основе квазичастиц, включая неразрушающую визуализацию для сканирования вирусов, понимание биологических процессов, таких как фотосинтез, создание компьютерных чипов и исследование поведения материи на планетах и ​​звездах.

«Гибкость огромна», — сказал Бернардо Малака, ведущий автор исследования и аспирант IST. «Хотя каждый электрон совершает относительно простое движение, общее излучение всех электронов может имитировать излучение частицы, движущейся быстрее света, или колеблющейся частицы, даже если ни один локальный электрон не движется быстрее света или колеблющегося электрона».

Источники света на основе квазичастиц предлагают явные преимущества перед существующими формами, такими как лазеры на свободных электронах, которые дефицитны, громоздки и непрактичны для большинства лабораторий, больниц и предприятий. Согласно теории, предложенной в этом исследовании, квазичастицы могут производить чрезвычайно яркий свет, преодолевая лишь очень небольшое расстояние, что потенциально может вызвать широкий спектр научных и технологических достижений в лабораториях по всему миру.