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双子座激光器证明爱因斯坦没有错

2013-06-11 00:05
木中君
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  ——使用STFC激光设备中心的双子座激光器获得的实验结果首次表明,用接近光速运动的超薄箔镜反射激光会使得激光能量提高,这也证明了爱因斯坦于1905年在其《论动体的电动力学》一文中提出的狭义相对论,此项研究成果发表在《自然通信》杂志中。

  该项实验证明,强激光束与一个运动速度接近光速的密集电子表面发生作用时,会在入射光束与“镜面”之间发生动量转移。通过对组合脉冲在时域上的压缩和反射波波长变短(因此能量变大),这种动量转移导致了反射光的峰值功率显著增加。

  能够观察到此现象的实验条件是很难满足的,需要一个超级大强度的激光使靶面发生电离,同时使致密包电子(飞行镜)加速,该飞行镜仅存在于几飞秒时间内,第二束强激光在这段时间内正面碰撞飞行镜,并被镜面反射。再加上需要使用仅有几纳米厚的固体靶面和足够强度对比质量的激光束,你会获得这个稍有挑战性的实验方案。

  然而,加尔兴Max-Planck量子光学研究所、慕尼黑大学、贝尔法斯特皇后大学、中央激光研究所(CLF)的合作研究使用双光束双子座激光和仅有50纳米厚度的超薄箔靶面,满足了此实验所需条件。研究人员观察到激光束波长发生下移,从800纳米下移了约60纳米,同时反射脉冲宽度从50飞秒压缩至几百阿秒量级(1阿秒为 10^-18秒)。

  此实验现象不仅证明了爱因斯坦狭义相对论,而且提供了一种产生高强度阿秒激光的新思路和方法,阿秒激光在超快电子动力学和原子尺度上基础物理学研究领域内有着重要的需求和应用。

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