Einsteinův slavný vzorec E = mc2 popisuje vztah mezi energií a hmotou. Jeho pravdivost se dokazuje například při spojení dvou nebo více fotonů, tedy částic světla, kdy dochází ke vzniku hmoty. Ve svém projektu JUNIOR STAR se Martin Jirka z Fakulty jaderné a fyzikálně inženýrské Českého vysokého učení technického snaží najít způsob, jak co nejefektivněji přeměnit energii laserového světla (elektromagnetického vlnění) na částice hmoty (elektrony) a jejich antičástice (pozitrony).
Řetězová reakce v laserovém poli
Proces přeměny energie na hmotu začíná tím, že elektrony vystavené velmi silnému laserovému světlu vyzařují světelné částice, fotony. Ty pak interagují se stejným laserovým polem a za určitých podmínek se z této interakce vytvářejí nové hmotné částice – elektrony a pozitrony. Nově vzniklé částice následně také vyzařují fotony. Celý proces se tak opakuje a postupně zesiluje.
Samotné laserové světlo však nové částice z interakční oblasti vytlačuje, což může celý proces zpomalit, nebo dokonce zastavit. „Zjistili jsme ale, že když správně upravíme tvar laserového impulsu, dokážeme všechny částice udržet pohromadě v interakční oblasti, a tím značně zvýšit množství vzniklé hmoty – dokonce o několik řádů v porovnání s předchozími možnostmi,“ uvádí Martin Jirka.
Správný tvar laserového pole
V rámci projektu JUNIOR STAR se vědecký tým snaží vytvořit nové řešení umožňující efektivnější přeměnu laserového světla na hmotu. „Koncept, na kterém v rámci projektu pracujeme, by umožňoval velice efektivně přeměňovat laserové světlo na hmotu a bylo by možné ho v budoucnu experimentálně realizovat,“ představuje doktor Jirka hlavní cíl podpořeného projektu. Vědecký tým zjistil, že správné nastavení laseru nejen zabraňuje vytlačování elektronů a pozitronů, ale také výrazně snižuje potřebný prahový výkon laseru k zahájení celého přeměnného procesu, a to minimálně stokrát oproti dosavadním předpokladům.
Výsledky projektu umožní laboratorně studovat jevy kvantové elektrodynamiky, které jsou jinak přítomné pouze v extrémních astrofyzikálních prostředích. Pomohou tak například lépe pochopit děje odehrávající se v blízkosti černých děr.
„S mým vědeckým týmem v rámci projektu pomocí superpočítačů navrhneme optický systém tvořený vhodně tvarovanými laserovými impulsy pro efektivní přeměnu světla na hmotu. Na základě numerického modelu následně navrhneme experimentální uspořádání pro dosažení účinné generace elektron-pozitronových párů,“ dodává na závěr další ambiciózní cíl projektu Martin Jirka.
Ing. Martin Jirka, Ph.D. (foto BcA. David Březina)
Martin Jirka působí na Katedře laserové fyziky a fotoniky Fakulty jaderné a fyzikálně inženýrské Českého vysokého učení technického v Praze. V současnosti vede vlastní výzkumnou skupinu zaměřenou především na kvantově-elektrodynamické jevy, které se projevují v extrémních astrofyzikálních prostředích, například v blízkosti černých děr, a které bude možné experimentálně zkoumat v moderních laserových laboratořích
