Το λέιζερ στέλνει παλμούς πάνω σε σταγονίδια νερού

Από την ιστοσελίδα PhysicsWeb, 3 Ιουλίου 2002

Οι φυσικοί έχουν κάνει σταγονίδια νερού να εκπέμψουν λευκό φως, χρησιμοποιώντας για πρώτη φορά παλμούς λέιζερ. Ο Jean-Pierre Wolf του Πανεπιστημίου της Λυών 1 στη Γαλλία και συνάδελφοι του χρησιμοποίησαν παλμούς femtosecond για να δημιουργήσουν περιοχές πλάσματος μέσα στα σφαιρικά σταγονίδια, και αυτό το πλάσμα γίνεται τόσο καυτό που εκπέμπει άσπρο φως. Ο Wolf λέει ότι το επίτευγμα αυτό θα μπορούσε να οδηγήσει σε μια νέα τεχνική για τη σύνθεση των νεφών και των βιολογικών ρύπων στην ατμόσφαιρα.

Εντοπισμένο φως

Όταν ένα υψηλής ενέργειας λέιζερ χτυπά ορισμένες ουσίες, τα άτομά τους ιονίζονται και θερμαίνονται προς τη δημιουργία πλάσματος, με μια διαδικασία που είναι γνωστή ως αποσύνθεση προκαλούμενη από laser. Αφότου σβήσει το λέιζερ, τα ηλεκτρόνια και τα ιόντα επανασυνδέονται και εκπέμπουν την υπερβάλλουσα ενέργειά τους ως φως. Δεδομένου ότι κάθε ουσία εκπέμπει ένα χαρακτηριστικό φάσμα, αυτό το φαινόμενο χρησιμοποιείται ευρέως για να καθοριστεί η σύνθεση των υλικών.

Αλλά αυτή η μέθοδος δεν έχει χρησιμοποιηθεί για να ανιχνεύσει την παρουσία χημικών ουσιών στους υδρατμούς, επειδή οι φυσικοί δεν μπορούσαν να κάνουν το νερό να εκπέμψει φως. Οι προηγούμενες τους προσπάθειες να γίνει αυτό - που βασίστηκαν σε δοχεία που γέμισαν με  νερό- απέτυχαν επειδή οι παλμοί του λέιζερ που χρησιμοποιούσαν δεν κατέστησαν το πλάσμα αρκετά θερμό ώστε να εκπέμψει φως στο ορατό μέρος του φάσματος. Αλλά τώρα η ομάδα της Λυών το έχει πετύχει με την εκμετάλλευση της σφαιρικής μορφής των σταγονιδίων του νερού.

Ο Wolf και οι συνάδελφοι κτύπησαν τα σταγονίδια με τους παλμούς από ένα λέιζερ τιτανίου-σάπφειρου, που διαρκεί ακριβώς 120 femtoseconds. Ευτυχώς, οι παλμοί δεν παραμορφώνουν τη σφαιρική μορφή των σταγονιδίων, το οποίο σημαίνει ότι η καμπύλη πίσω επιφάνεια του σταγονιδίου ανακλά τον εισερχόμενο παλμό πίσω στο σταγονίδιο. Οι ερευνητές λένε ότι η ένταση του φωτός στην εστίαση ενός σταγονιδίου 50 μm, ενισχύεται από έναν παράγοντα περίπου 100, ως προς τον αρχικό παλμό του λέιζερ. Αυτό δημιουργεί μια περιοχή του πλάσματος, μήκους μερικών nanometres, η οποία είναι αρκετά καυτή για να εκπέμψει λευκό φως, καθώς το πλάσμα επανέρχεται πίσω στην βασική του κατάσταση.

Οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι το μεγαλύτερο μέρος αυτού του φωτός εκπέμφθηκε στην "οπίσθια" κατεύθυνση - δηλαδή στην κατεύθυνση από την οποία έφθασε ο παλμός του λέιζερ. "Αυτό ακριβώς είναι ότι χρειάζεστε για να μετρήσετε τη σύνθεση των αερολυμάτων από μακρυά," είπε ο Wolf. Η ομάδα μέτρησε επίσης τα φασματικά χαρακτηριστικά του φωτός σε διαφορετικές θερμοκρασίες και διαπίστωσε ότι τα σταγονίδια του νερού εξέπεμψαν ένα φάσμα φωτός αρκετά παρόμοιου με αυτό ενός τέλειου μέλανος σώματος.