Ein internationales Forscherteam hat erstmals die Entstehung nichtlinearer Wellen (sogenannter Solitonen) relativistischer Elektronen in einem durch einen Laser angeregten Plasma experimentell beobachtet. Darüber berichtet das Fachmagazin Physical Review Letters (Band 88 Referenznummer 135002). Die Solitonen nehmen einen Großteil der Energie des Laserpulses auf und sind somit für die Zündung von Kernfusionsreaktoren von entscheidender Bedeutung.
Das von Marco Borghesi von der Queens Universität in Belfast in Großbritannien angeführte Forscherteam untersuchte in seiner Arbeit die Wechselwirkung von extrem starken Laserpulsen mit einem Plasma. Dazu schossen sie einen nur eine Pikosekunde (Billionstel Sekunde) langen Laserimpuls mit einer Energie von 19 Zehnerpotenzen Watt pro Quadratzentimeter in eine Plasmawolke. Mittels eines Protonenstrahls gelang es ihnen, die Wechselwirkung des Laserpulses mit dem Plasma mit hoher Auflösung zu untersuchen.
Diese Wechselwirkung erzeugte ihrer Studie zu Folge blasenartige Strukturen in dem Plasma, welche durch extrem starke elektrostatische Felder ausgezeichnet sind. Diese Felder beinhalten einen Großteil der Energie des Laserpulses ? sie könnten damit für die Zündung von Kernfusionen in Plasmen eingesetzt werden.
Die Forscher interpretieren in ihrer Studie den Vorgang der Laser-Plasma-Wechselwirkung in folgender Weise: Der Laserpuls erzeugt zunächst nichtlineare elektromagnetische Wellen (sogenannte Solitonen) in dem Plasma. Diese verändern die räumliche Verteilung sich mit relativistischen Geschwindigkeiten bewegender Elektronen, was zu der Ausbildung von elektrostatischen Feldern führt. Diese Elektronen-Solitonen verschmelzen schließlich zu den blasenartigen Strukturen mit extrem hohen Energien, sogenannten Post-Solitonen.
Stefan Maier
