Сотрудники Института прикладной физики РАН совместно с коллегами из Нижегородского государственного университета нашли условия, при которых лавинообразное рождение электронов и позитронов в фокусе сверхмощного лазерного импульса приводит к возникновению плазмы рекордно высокой плотности

Уже в ближайшие годы ученые могут получить новый инструмент — лазеры, способные генерировать короткие импульсы мощностью более 10 петаватт (1 петаватт — 1 квадриллион ватт).

Ожидается, что в фокусе лазерной установки при этом будут наблюдаться целые электрон-позитронные лавины.

Частицы, получившиеся в результате распада гамма-фотона, будут ускоряться лазерным полем и излучать гамма-фотоны, которые будут «рождать» новые электроны и позитроны. В результате должна образоваться сверхплотная электрон-позитронная плазма.

Вместе с тем, существуют ограничения на плотность плазмы, которую можно получить подобным образом.

Нижегородские ученые показали,  что при определенных условиях эту проблему можно решить.

Для этого они провели масштабное численное моделирование процесса развития электрон-позитронной лавины в сильно сфокусированном лазерном поле.

«Основной сложностью в исследовании было то, что результаты могли быть получены только из трехмерного моделирования, которое является очень ресурсозатратным», — рассказал младший научный сотрудник Института прикладной физики РАН Евгений Ефименко.

По его словам, решение подобных задач также требует надежных вычислительных кодов с продвинутыми алгоритмами. В работе был использован код PICADOR, разрабатываемый совместно сотрудниками ИПФ РАН и ННГУ.

В ходе исследования физики смоделировали особую конфигурацию лазерного поля — дипольную фокусировку. Лазерное излучение в этом случае облучает точку фокуса как бы со всех сторон.