Hlavní tématické fyzikální projekty v mezinárodním laserovém centru ELI-Beamlines: ultra-intenzivní zdroje záření a urychlených částic, exotická fyzika

Navržené nosné fyzikální projekty laboratoře ELI-Beamlines vycházejí ze závěrů mezinárodního konsorcia přípravné fáze projektu v období 2008-2010, které jsou shrnuty v nedávno dokončené Bílé knize (White Book) projektu. V přednášce budou nejprve přehledně uvedeny základní výkonové parametry laserových systémů laboratoře ELI-Beamlines a její postavení v rámci současných či plánovaných světových laserových center. Dále budou představeny základní tématické projekty zaměřené na generaci koherentních i nekoherentních femtosekundových zdrojů XUV, rentgenového a gama záření o velmi vysokém jasu, a nastíněny perspektivní směry aplikací těchto zdrojů, například holografické zobrazování biomolekul s atomárním rozlišením. Speciálně budou diskutovány zdroje širokopásmového rentgenového záření typu plazmatický betatron, generace „synchrotronových pulsů“ plazmatickými lasery a možnosti generace obřích monoenergetických gama pulsů (2 GeV) v procesu kaskádového Comptonovského rozptylu. Podrobně bude diskutováno o urychlování nabitých částic v laserovém poli a navržených metodách generace elektronových (100 GeV) a protonových (3 GeV) svazků.

V druhé části přednášky bude podán přehled navržených experimentů týkajících se interakce světelného pole o velmi vysoké intenzitě s elektromagnetickým vakuem, tématicky označovaných jako „exotická fyzika”. Velmi vysoká špičková intenzita >5×10²³ W/cm² dosažitelná ve fokusu laserových řetězců projektovaných v ELI-Beamlines znamená elektrické pole generované světelné vlny cca 10¹³ V/cm. Tato intenzita leží sice ještě o několik řádů pod Schwingerovou mezí pro generaci párů e-p elektrickým polem z vakua (10¹⁶ V/cm), přesto si lze představit řadu experimentů, kdy interakce takto intenzivního laserového svazku např. v přítomnosti plazmatu nebo vnějších polí může vést k měřitelným efektům. Dalším tématem je oscilační pohyb volných elektronů v elektrickém poli dopadající vlny, v němž elektrony pociťují zrychlení ~10²⁶ g, což vede k úvahám o detekci efektu Unruhova záření. Jako příklad interakce i s dalšími druhy fyzikálních polí lze uvést test existence hypotetických částic axionů, jako nadstavby Standardního modelu.