Polscy naukowcy pokazują, jak strzelają lasery z „Gwiezdnych Wojen”

Laserowe pociski

Gwiezdne wojny spopularyzowały absolutnie piękny efekt strzału z laserowego działka –  skupiona wiązka energii leci w postaci świetlistej linii i trafia w cel niszcząc go. Z punktu fizyki kompletna bzdura? Tak i nie.

Oczywiście wiązka fotonów wyrzuconych z lasera podróżuje z prędkością bliską prędkości światła w próżni, więc dostrzeżenie ich jest niemożliwe. Chyba, że… zastosuje się sztuczkę, którą wykorzystali naukowcy z Centrum Laserowego Instytutu Chemii Fizycznej Polskiej Akademii Nauk we współpracy z Wydziałem Fizyki Uniwersytetu Warszawskiego (CL IChF PAN i FUW)

Testowali oni nowy, kompaktowy laser o wielkiej mocy. Przy tej okazji postanowili nieco się zabawić i sprawdzić, jak wyglądałby przelot laserowego pocisku, gdybyśmy mogli go faktycznie obserwować.

Gdyby ktokolwiek chciał sfilmować pojedynczy impuls świetlny, tak by ten poruszał się na filmie równie wolno co na naszym nagraniu, musiałby użyć kamery pracującej z szybkością miliarda klatek na sekundę

mówi dr hab. Yuriy Stepanenko, kierujący zespołem odpowiedzialnym za budowę lasera.

Ponieważ takich kamer nie ma, trzeba było coś wymyślić. Kamerę zsynchronizowano z laserem, który wysyłał impulsy 10 razy na sekundę. Zadbano, by przy każdym kolejnym strzale kamera rejestrowała wiązkę minimalnie opóźnioną względem poprzedniej. W efekcie uzyskano obraz, który wygląda, jakby impuls poruszał się w powolnym tempie.

Laser o mocy 10 TW w impulsie, zbudowany w warszawskim Centrum Laserowym Instytutu Chemii Fizycznej Polskiej Akademii Nauk i Wydziału Fizyki Uniwersytetu Warszawskiego. Od lewej: Tomasz Fok, Yuriy Stepanenko i Łukasz Węgrzyński z Centrum Laserowego IChF PAN i FUW. Fot. IChF PAN, Grzegorz Krzyżewski

Jak wyjaśnia dr Paweł Wnuk z CL IChF PAN i FUW:

Tak naprawdę w każdej klatce naszego filmu widać inny impuls laserowy. Na szczęście fizyka wciąż pozostawała ta sama. Na nagraniu możemy więc obserwować wszystkie efekty związane z przemieszczaniem się impulsu laserowego w przestrzeni, w szczególności zmiany w oświetleniu otoczenia w zależności od położenia impulsu oraz tworzenie się rozbłysków na ścianach w chwili, gdy światło przechodzi przez rozpraszający je obłok skroplonej pary wodnej.

W rzeczywistości impuls lasera trwał kilkanaście femtosekund czyli biliardowych części sekundy. Generował go laser o mocy ponad 10 terawatów zbudowany w Centrum Laserowym IChF PAN i FUW. Wyzwalana energia jest tak duża, że wiązka jonizuje natychmiast atomy powietrza tworząc wzdłuż trasy swojego lotu włókno świecącej plazmy – filament. Choć sama wiązka ma długość fali bliską podczerwieni, to plazma wytwarzana przez nią świeci wieloma długościami fal dając wrażenie białego światła.

Przekrój wiązki impulsu świetlnego z utworzonym filamentem plazmy. U góry wygląd kilku impulsów laserowych przechodzących przez obłok skroplonej pary wodnej. Fot. IChF PAN

Oczywiście poza tworzeniem efektów z „Gwiezdnych Wojen” laser ma jeszcze inne zastosowania – wykorzystuje się go m.in. do budowania lidaru wykorzystywanego do zdalnych badań zanieczyszczenia atmosfery.

Oto polskie naukowe “Gwiezdne Wojny”! 🙂

źródło