Van niet-destructieve beeldvorming tot de productie van computerchips: mensen kunnen de schijnbaar natuurkundige eigenschappen van quasideeltjes exploiteren. Een internationaal team van wetenschappers heeft zich ten doel gesteld de fundamenten van de stralingsfysica te hervormen in de hoop ultrakrachtige lichtbronnen te ontwikkelen.In een nieuwe studie gepubliceerd in Nature Photonics stellen onderzoekers van het Instituto Supérieur de Portugal (IST), de Universiteit van Rochester, de Universiteit van Californië, Los Angeles en het Franse Laboratorium voor Optische Toepassingen een manier voor om quasideeltjes te gebruiken om een lichtbron te creëren die net zo krachtig is als de hedendaagse ultramoderne lichtbronnen, maar kleiner.
Quasideeltjes zijn buitengewone entiteiten die worden gevormd door de gesynchroniseerde beweging van meerdere elektronen. Fascinerend genoeg kunnen ze met ongeëvenaarde snelheden vliegen, zelfs sneller dan de snelheid van het licht, en bestand zijn tegen ongewoon sterke krachten, vergelijkbaar met die in de buurt van zwarte gaten.
"Het meest fascinerende aan quasideeltjes is dat ze kunnen bewegen op manieren die niet zijn toegestaan door de wetten van de fysica van afzonderlijke deeltjes", zegt John Palastro, senior wetenschapper bij het Laser Energetics Laboratory, assistent-professor bij de afdeling Werktuigbouwkunde en universitair hoofddocent bij het Institute of Optics.
Geavanceerd onderzoek en potentiële toepassingen Palastro en zijn collega's bestudeerden de unieke eigenschappen van quasideeltjes in plasma door geavanceerde computersimulaties uit te voeren op supercomputers van de European High-Performance Computing Joint Undertaking. Ze zien veelbelovende toepassingen voor op quasideeltjes gebaseerde lichtbronnen, waaronder niet-destructieve beeldvorming voor het scannen van virussen, het begrijpen van biologische processen zoals fotosynthese, het maken van computerchips en het onderzoeken van het gedrag van materie in planeten en sterren.
"De flexibiliteit is enorm", zegt Bernardo Malaca, hoofdauteur van het onderzoek en promovendus bij IST. "Hoewel elk elektron een relatief eenvoudige beweging uitvoert, kan de totale straling van alle elektronen de straling nabootsen van een deeltje dat sneller beweegt dan licht of een oscillerend deeltje, ook al beweegt geen enkel lokaal elektron sneller dan licht of een oscillerend elektron."
Op quasideeltjes gebaseerde lichtbronnen bieden duidelijke voordelen ten opzichte van bestaande vormen zoals vrije-elektronenlasers, die schaars, omvangrijk en onpraktisch zijn voor de meeste laboratoria, ziekenhuizen en bedrijven. Volgens de theorie die in dit onderzoek wordt voorgesteld, kunnen quasideeltjes extreem helder licht produceren door slechts een zeer kleine afstand af te leggen, wat mogelijk een breed scala aan wetenschappelijke en technologische vooruitgang in laboratoria over de hele wereld teweegbrengt.