Lys bremser elektroner, men teoretikerne er ikke enige om en forklaring
more_vert
close
close

Vores nyhedsbreve

close
Ved at tilmelde dig accepterer du vores Brugerbetingelser, og at Mediehuset Ingeniøren og IDA-gruppen lejlighedsvis kan kontakte dig om arrangementer, analyser, nyheder, tilbud mm via telefon, SMS og email. I nyhedsbreve og mails fra Mediehuset Ingeniøren kan findes markedsføring fra samarbejdspartnere.

Lys bremser elektroner, men teoretikerne er ikke enige om en forklaring

Elektroner, der bliver udsat for et stærkt elektromagntisk felt som en intens laserstråle, vil populært sagt blive ‘rystet’ så meget, at de selv udsender stråling, og kan derved nedbremses. Illustration: Imperial College London/Stuart Mangles

»Radiation reaction-problemet er interessant, fordi det er et fænomen, man skulle tro, vi allerede havde ordentligt styr på.«

Sådan lyder det fra Tobias Wistisen fra Max-Planck-Institut für Kernphysik i Heidelberg, da Ingeniøren kontakter ham angående to nye artikler, der ser på, hvordan en elektron stråler, når den anbringes i et stærkt elektromagnetisk felt, og dens stråling er så kraftig, at elektronen undervejs mister en stor andel af sin energi. Eller med andre ord: Hvordan elektronens stråling påvirker elektronen selv.

Radiation reaction er interessant, fordi det ikke alene kan forklares med klassisk fysik og Maxwells ligninger.

Læs også: Jubilæum for artiklen, der skabte den moderne fysik

»Der har været en del kontroverser om teorien omkring dette problem, og nu tilsyneladende også en smule kontroverser om eksperimenterne,« fortsætter han.

En britisk forskergruppe med deltagelse af bl.a. forskere fra Imperial College i London og Queen’s University i Belfast har udført en række eksperimenter med Gemini-laseren, hvor det er muligt at opnå en intensitet på op til 7,7 x 10^18 W/cm² i en plet på en størrelse på ca. 45 mikrometer leveret i korte pulser af en varighed på 40 femtosekunder.

Dermed kan man i laboratoriet studere radiation reaction for elektroner, som er et fænomen, man mener i universet kan optræde i forbindelse med sorte huller, kvasarer og lign.

Et eksperiment - to forklaringer

Men de britiske eksperimentalfysikere har været i kontakt med to forskellige teorigrupper, og det er der kommet to forskellige videnskabelige artikler ud af.

Den ene artikel er offentliggjort i Physical Review X, den anden findes på arxiv.org.

Selv om eksperimenterne, der beskrives i de to artikler, er stort set identiske, så indeholder artiklerne to forskellige forklaringer, skriver Andrea Macchi fra universitet i Pisa i Italien i internettidsskriftet Physics.

Om eksperimenterne siger en af eksperimentalfysikerne Alec Thomas, tilknyttet både Lancaster University i England og University of Michigan i USA:

»Jeg finder det dybt fascinerende, at elektroner bremses lige så effektivt i vores eksperimenter af et tyndt lagen af lys som af en plade af bly med en tykkelse på en millimeter.«

I den ene artikel konluderes det, at en kvantemodel for radiation reaction giver den bedste beskrivelse af data – med den tilføjelse, at der dog kun er en sandsynlighed på 68 pct. for, at kvantemodellen er bedre end den klassiske beskrivelse. Det er ikke særligt imponerende.

I den andel artikel konkluderes det noget overraskende, at en semiklassisk model er bedre end en ren kvantemodel.

Andrea Macchi skriver, at de divergerende konklusioner kan tjene som en opfordring til forbedre kvanteteorien for radiation reaction.

Beregningen er vanskelig

Tobias Wistisen gennemførte sin ph.d. på Aarhus Universitet i en forskergruppe, der også har studeret radiaion reaction, men med andre metoder end de britiske eksperimenter.

»Når en ‘fuldstændig’ løsning på problemet om kvante radiation reaction ikke er fundet endnu, er det fordi, der er tungt at udføre beregningen, selvom teorien fortæller, hvordan vi skal gøre det. De beregninger der kaldes 'quantum' i disse artikler beror på en approksimation om 'store udsving', hvor beregningen bliver væsentligt simplere og kan udføres,« forklarer Tobias Wistisen.

»Så det, at den semi-klassiske model nogen gange lader til at være bedre, vil jeg sige er lidt af et tilfælde. Det rigtige svar skal selvfølgelig komme fra den kvantemekaniske teori, og derfor arbejder jeg bl.a. på at få lavet en kvantemekanisk beregning, der er bedre end den nuværende,« tilføjer han.

Tobias Wistisen mener, at vejen frem for lasereksperimenterne er at få endnu højere energi og bedre præcision af målingerne ved at have mange elektroner med nogenlunde samme energi:

»Så vil man kunne lave sammenligninger mellem teori og eksperimenter med mindre usikkerheder, end det ses nu, og man kommer ind i et regime, hvor de kvantemekaniske effekter er stærkere.«

Og som Andrea Macchi skriver, vil det føre os ind i en ny æra for vekselvirkningen mellem lys og stof og undersøgelse af fænomener, som det aldrig før har været mulige at skabe i laboratorier.

»Jeg finder det dybt fascinerende, at elektroner bremses lige så effektivt i vores eksperimenter af et tyndt lagen af lys som af en plade af bly med en tykkelse på en millimeter.«
Jeg havde slet ikke forestillet mig, at elektroner kunne komme igennem et metal.
Hvis de kan bremses af lys, kan de så også speedes op af lys?

  • 0
  • 1

Og vandrebølgerør. Det er en gammel teknik, at elektroner kan vekselvirke med et elektromagnetisk felt, så hvad er det nye?
Elektroner har en ladning, som påvirkes af både elektriske og magnetiske felter (når de er i bevægelse), så det er vel klart at noget må ske, når de mødes.

  • 0
  • 1