دستاوردهای چشمگیری از شبیه‌سازی و محاسبات‌عددی، امکان‌پذیری ساخت و جابجایی الکترون و پوزیترون را از برهمکنش ماده با لیزرِ توان بالا، نشان داده‌اند. به زبان دیگر، نشان‌داده‌اند که⚡️چگونه با لیزر پادماده بسازیم.
🔸پژوهش‌های پیشرفته درباره‌ی برهمکنش لیزر و ماده در توانهای بالا، به یاری فنآوری‌های لیزر پیشرفته، امکانپذیر شده است. میدانهای الکتریکی پرتوان‌تر از اندازه‌های زیر-اتمی و با متمرکزکردن لیزرِ پالسی تولید شده؛ و این میدان الکتریکی می‌تواند از نور ماده بسازد❕
🔸دستاوردهای چشمگیر این گروه پژوهشی از انجمن فیزیک کاربردی دانشگاه علوم روسیه (IAP RAS)، در نشریه Physics of Plasmas, AIP Publishing چاپ‌شده و چگونگی "تولید پادماده از لیزر توان بالا" را نشان‌داده است.
🔸میدان الکتریکی نیرومند سبب ترمز شدید الکترون و تبدیل انرژی آن به فوتون گامای پرانرژی شده و برهمکنش این فوتونِ پرانرژی با لیزرِ پرتوان، جفتِ الکترون-پوزیترون را می‌سازد. در نتیجه‌ی این فرایند، 🔹حالت جدیدی از ماده به شکل "ذرات به شدت فعال"، میدان نوری و پرتو گاما درست می‌شود که پویایی و رفتار آن را می‌توان با آمیزه‌ای از فیزیک‌کلاسیک و فیزیک‌کوانتم توضیح داد.
"ایگور کوستویکوف"، از انجمن فیزیک‌کاربردی دانشگاه علوم روسیه، می‌گوید: "مفهوم کلیدیِ نهفته در این پژوهش از پیش‌بینی الکترودینامیک کوانتومی (QED) سرچشمه می‌گیرد که: "گویا یک میدان الکتریکی نیرومند می‌تواند خلاء را به جوش آورد" و این خلا جوشان پر از ذرات مجازی، مانند جفت الکترون-پوزیترون است. این ذرات مجازی، بطور مستقیم قابل مشاهده نیستند.
یکی از جلوه‌های گیرای این شکل از QED، یک آبشار QED حاصل از لیزر خودنگهدار است، که مشاهده‌ی آن در آزمایشگاه هنوز چالشی بزرگ است."
❓ولی آبشار QED چیست؟
🔻به گفته ی کوستویکوف: "در نظر بگیرید که واکنش زنجیره‌ای با شتاب‌گرفتن زوج الکترون-پوزیترون در لیزرِ قوی آغاز شود. سپس یک فوتون پرانرژی از این شتاب‌گرفتن درست شده و این فوتون پرانرژی دوباره زوج الکترون پوزیترون می‌سازد، و این فرایند دنباله‌دار است. آبشار QED به ساخت بهمن‌وار پلاسمای فوتون و پرانرژی و زوج الکترون پوزیترون می‌انجامد."
برای این کار، پژوهشگران برهمکنش یک تپش لیزر بسیار شدید با یک ورقه‌ی نازک را، با شبیه‌سازی عددی کاویدند.
"چشمداشت ما تولید شمار زیادی از فوتون‌های پرانرژی بود و اینکه بخشی از آنها جفت‌های الکترون-پوزیترون تولید کنند. نخستین شگفتی این بود که شمار فوتون‌های پرانرژیِ تولید‌شده از پوزیترون‌ها بسیار بیشتر از میزان تولید‌شده از الکترون‌های روکش بود، که به دلیل رشد نمایی–خیلی تند- شمارگان پوزیترون‌ها است. بنابراین، اگر ما شمار زیادی از پوزیترون‌ها را در یک آزمایش شناسایی کنیم می‌توانیم نتیجه بگیریم که بسیاری از آنها در یک آبشار QED تولید شده‌اند."
با اینکه فرآیندهای نشر و فروپاشی فوتون تا اندازه‌ای اتفاقی هستند- پژوهشگران این گروه توانستند ساختاری متفاوت از پراکندگی پوزیترون را در شبیه‌سازی ببینند.
"با آنالیز جابجایی پوزیترون در میدانهای الکترومغناطیسی جلوی فویل، دریافتیم که برخی از ویژگی‌های جنبش، پراکندگی پوزیترون را تعدیل می‌کند و ساختارهای مارپیچی شکل را در شبیه‌سازی نمایش می‌دهد."
کاوش‌های این گروه اهمیتی بنیادی دارد، زیرا این پدیده می‌تواند برهمکنش لیزر-ماده در شدت‌های بسیار بالا، در پهنه‌ی گسترده‌ای از پارامترها را به همراه داشته باشد.
"دیدگاهی تازه درباره‌ی ویژگی‌های این‌گونه بر همکنش‌ها به‌دست آمده است. کاربردهای این روش می.تواند بیش از کاربردهای دیگر منابع مدرن تولید زوج الکترون-پوزیترون باشد."
تمرکز پژوهشگران تا کنون بر روی گام‌های آغازین برهمکنش بوده است، زمانی که جفت‌های الکترون-پوزیترونی که آنها تولیدکردند به طور قابل توجهی بر روی برهمکنش هدف اثر نمی‌گذارد.
"در آینده، برهم‌کنش‌های غیرخطی را بررسی خواهیم کرد، زمانی که پلاسمای الکترون-پوزیترونِ خودساخته به‌شدت برهمکنش را دگرگون می‌کند. و نیز تلاش خواهیم کرد نتیجه را به شکل‌های کلی‌تر برهم‌کنش‌های لیزر-ماده و دیگر رژیم‌های برهمکنش، گسترش‌دهیم- پهنه‌ی گسترده‌تری از پارامترها را بررسی کنیم."🔸