منبع نوری معادل یک میلیارد خورشید و کاربردهای آن

Donald Umstadter و همکارانش با تاباندن لیزر Diocles به پرتویی از الکترون‌­ها، نحوه پراکندگی فوتون­‌ها (اجزایی از نور که هم ویژگی­‌های ذره‌ای دارند و هم موجی) پس از برخورد با هر الکترون را مورد بررسی قرار دادند. در شرایط عادی وقتی نور از منبعی نظیر یک لامپ یا خورشید به سطحی برخورد می­‌کند، پراکنده شدن فوتون­‌ها باعث می‌­شود که ما اجسام را ببینیم. در شرایط معمول الکترون­‌ها (که ذراتی با بار منفی هستند)، در هر لحظه فقط یک فوتون نور را پراکنده می­‌کنند. در آزمایش‌هایی که تا پیش از این با لیزر انجام شده بود، هر الکترون تا چند فوتون را هم پراکنده می­‌کرد، اما گروه Umstadter موفق شدند این مقدار را به حدود هزار فوتون در لحظه برسانند. نکته مهم در این آزمایش این است که در چنین شدت نور فوق­‌العاده‌­ای، رفتار فوتون­‌ها و الکترون‌­ها بسیار متفاوت از آن چیزی است که در حالت معمول می­‌بینیم.

فوتون گسیل شده از یک منبع نوری معمولی پس از برخورد با الکترون، تحت زاویه و با انرژی یکسانی نسبت به قبل از برخورد پراکنده می‌­شود. اما گروه Umstadter دریافتند که وقتی میزان روشنایی منبع نور از حد معینی تجاوز کند بر میزان روشنایی، زاویه، شکل و طول موج نور پراکنده شده اثر خواهد گذاشت. بدین ترتیب با رساندن میزان روشنایی منبع نورانی به این حد آستانه، اجسام با ظاهری متفاوت از حالت معمول به نظر خواهند رسید. بخشی از این پدیده به دلیل تغییراتی است که در الکترون ایجاد می‌­شود. بعنوان مثال با تغییر الگوی حرکت الکترون، نحوه پراکنده شدن فوتون­‌ها نیز تغییر خواهد کرد. طرح گرافیکی زیر نشان می­دهد چطور الگوی حرکت الکترون ( پایین) بر میزان پراکندگی فوتون­های تابیده شده بر آن اثر می­گذارد. در آزمایش اخیر، هر الکترون بیش از 500 فوتون را پراکنده کرده است. در آزمایش­های پیشین این میزان بسیار اندک بوده است.

نکته دیگر اینکه الکترون نیز در حالت عادی فوتون گسیل می­‌کند. محققان دریافتند که فوتون­‌های گسیل شده از الکترون، انرژی فوتون­‌های تابیده شده از منبع نوری را جذب کرده و انرژی و طول موج پرتو ایکس را بدست می‌­آورند. این پرتو ایکس ویژگی‌­های منحصربفردی دارد که کاربردهای متنوعی را می‌توان برای آن متصور بود. بطور مثال، استفاده از آن برای  تهیه تصاویر سه بعدی در مقیاس نانو با میزان کمی از تابش پرتو ایکس. محققان با استفاده از درخشان­ترین لیزری که تا کنون ساخته شده است، موفق به تولید پالس­های پرتو ایکس منحصربفردی شده­اند که نسبت به نمونه­های رایج، انرژی بیشتری دارند. تصویری که مشاهده می­کنید، عکسی از مدارهای داخلی یک درایو یواس­بی است که با چنین پرتوهایی گرفته شده است.

از سوی دیگر این تحقیق آزمودن فرضیه­‌هایی را ممکن ساخته است که مدت‌­ها در جوامع عملی مطرح بوده­‌اند اما به دلیل محدودیت‌­های فناوری، امکان آزمودن صحت آن‌ها وجود نداشته است. Umstadter در این باره می­‌گوید:« فرضیه­‌های متعددی برای سال­‌ها وجود داشته است که هرگز در آزمایشگاه آزموده نشدند زیرا ما هرگز برای چنین آزمایشاتی یک منبع نور با روشنایی کافی در اختیار نداشته‌­ایم»