Ученые Сколтеха с помощью установленного в институте суперкомпьютера «Жорес» исследовали новый метод генерации гребенок гамма-излучения для ядерной и рентгеновской фотоники и спектроскопии новых материалов. Статья с описанием результатов исследования опубликована в журнале Physical Review Letters.
Гамма-гребенка представляет собой ряд коротких всплесков излучения, которые при графическом отображении в виде зависимости интенсивности излучения от частоты напоминают острые, равномерно расположенные зубцы гребня. Создавать гребенки высокой яркости в гамма-диапазоне крайне сложно в силу наличия так называемого эффекта пондеромоторного спектрального уширения, в результате которого происходит нарушение монохроматичности, позволяющей использовать источники гамма-излучения в ядерной спектроскопии, медицине и других областях.
Научные сотрудники Лаборатории высокопроизводительных вычислений и больших данных Сколтеха профессор Сергей Рыкованов и студент Максим Валяльщиков и сотрудник компании Genity Василий Харин придумали способ, позволяющий существенно уменьшить данное уширение. Для получения результата исследователи выполнили вычисления на суперкомпьютере «Жорес», установленном в Сколтехе.
«В основу нашей идеи положен метод, хорошо известный специалистам в области аттосекундной физики. Он заключается в использовании лазерных импульсов с меняющейся во времени поляризацией (круговая на краях и линейная в центральной части импульса) для того, чтобы ограничить излучение гармоник только той частью импульса, где поляризация является линейной», – отмечают авторы.
«Стробирование импульсов за счет поляризации позволяет сконцентрировать излучение гармоник только в центральной части импульса, где градиенты интенсивности меньше, а эффективность излучения гармоник выше. Оба эти эффекта приводят к меньшему пондеромоторному уширению», – поясняет Сергей Рыкованов.
Максим Валяльщиков добавляет, что для проведения тестов, необходимых для подтверждения полученного результата, ученым потребовалось выполнить моделирование с большим количеством частиц. «У суперкомпьютера «Жорес» доступно много ЦПУ, и используя даже их часть, можно провести один сеанс моделирования на порядки быстрее, чем с помощью одного ноутбука», – отмечает он.
По словам Рыкованова, авторы планируют провести дополнительные исследования влияния радиационного трения и квантовых эффектов на видимость гамма-гребенки. «Это позволит нам уже в ближайшее время перейти к экспериментальному исследованию предлагаемого метода», – отмечает он.
Как утверждают авторы, предложенный метод может быть востребован при проведении фотоядерных экспериментов, а также экспериментов в области нелинейной квантовой электродинамики, которые планируется выполнить в Исследовательском центре по физике частиц DESY в Германии и Национальной ускорительной лаборатории SLAC в США.
*****
Сколтех – негосударственный международный университет. Созданный в 2011 году в сотрудничестве с Массачусетским технологическим институтом (MIT), Сколтех готовит новое поколение лидеров в области науки, технологий и бизнеса, проводит исследования в прорывных областях и содействует технологическим инновациям с целью решения важнейших проблем, стоящих перед Россией и миром. Сколтех развивает шесть приоритетов: наука о данных и искусственный интеллект, науки о жизни и здоровье, современные методы проектирования и перспективные материалы, энергоэффективность, фотоника и квантовые технологии, перспективные исследования. Усилия Сколтеха призваны способствовать укреплению технологического превосходства России в приоритетных направлениях.
