Плазма — электрически заряженный газ, четвертое состояние материи. Это основа более 99% известного вещества Вселенной. Изучение ее тайн открывает путь к созданию термоядерной энергетики, воспроизведению процессов в далеких звездах и новым прорывам в производстве электроники.
Неуловимая динамика плазмы
Однако понять жизнь внутри плазмы исключительно сложно. Ее ключевые события мелькают триллионными долями секунды, их ход крайне сложно предсказать. Существующие методы наблюдения на таких масштабах были ограниченны.
Прорыв Ливерморской лаборатории: фильм за один импульс
Команда Ливерморской национальной лаборатории Лоуренса представила революционный подход! Они создали диагностику, фиксирующую эволюцию плазмы в пространстве и времени с помощью *единственного* лазерного всплеска. Этот метод позволяет записывать "фильмы" с невообразимой скоростью — 100 миллиардов кадров в секунду, раскрывая прежде скрытую сверхбыструю динамику.
SAPPHIRE: Уникальные возможности одномоментной съемки
Хотя сам факт использования лазеров для анализа плазмы известен, традиционно один мощный импульс давал лишь один кадр. Ученым приходилось делать множество снимков и сводить их попиксельно, подвергаясь большим погрешностям из-за природной нестабильности плазмы. Идеально было наблюдать все процессы сразу.
Технология Single-shot Advanced Plasma Probe Holographic Reconstruction (SAPPHIRE) реализует этот идеал. Исследователи применили кодированный импульс – лазерный луч растянули во времени, получив "чирп" (chirp), своеобразный цветовой веер. Он последовательно показывает разные части спектра (например, синий цвет первым, далее красный).
Принцип работы и восхитительный результат
Пройдя сквозь плазму, только верхняя часть этого веера преломляется, изменяясь под ее влиянием, тогда как нижняя остается эталоном. SAPPHIRE разделяет оба потока за образцом и сводит их вместе, генерируя уникальную интерференционную картину для каждой составляющей светового веера, то есть для каждого мгновения.
Секрет успеха — в математике. Тщательная обработка этой интерференции трансформирует ее в карту распределения электронной плотности плазмы по времени. Итог – умопомрачительно детализированная кинолента, наглядно демонстрирующая, как наномир плазмы трансформируется на лету.
Пилотные эксперименты с SAPPHIRE проведены на струях газовых смесей гелия и азота. Ученые уверены: технология откроет восхитительные перспективы для изучения самых разных видов плазмы по всему спектру научных направлений.
Источник: naked-science.ru
