Från plasmafysik till Bose-Einsteinkondensat
Federica Cattani doktorerar på Chalmers den 28 november. Hennes doktorsavhandling behandlar problemställningar i fysiken rörande icke-lineär vågutbredning.
Vad har ett plasma – en gas av positivt och negativt elektriskt laddade partiklar, materiens naturliga tillstånd vid mycket höga temperaturer, gemensamt med Bose-Einsteinkondensat (BEC), en samling atomer vid temperaturer mycket nära den absoluta nollpunkten?
Vid utbredning av laserljus med mycket hög intensitet genom ett plasma, svänger plasmaelektronerna, under inverkan av den kraft laserljuset utövar, med hastigheter jämförbara med ljushastigheten. Plasmat påverkas härvid av närvaron av ljuset, men denna ändring påverkar också ljusets egna
utbredningsegenskaper och kan ge upphov till nya fysikaliska fenomen som relativistisk självtransparens och uppsplittring av laserstrålen i ett antal tunnare strålar eller filament. Dessa effekter spelar en viktig roll för ett antal tillämpningar från fusionsenergigenerering till femtosekundkemi.
Interaktionen mellan laserljuset och plasmamediet kan beskrivas i matematiska ekvationer som ger en mängd analogier med fenomen inom många andra grenar av fysiken. En röd tråd löper genom fysiken och naturlagarna!
De ekvationer som beskriver interaktionen mellan laserljus med mycket hög effekt och ett plasmamedium reduceras, i lämpliga gränser, till en fundamental ekvation, den så kallade icke-lineära Schrödingerekvationen (NLS), som är mycket väl känd bland forskare inom t.ex. icke-lineär optik.
Samma matematiska modell beskriver i själva verket även bosoniska atomer i sitt kondenserade tillstånd, som inträffar då temperaturen är så låg att alla atomer befinner sig i samma grundtillstånd. Atomerna uppför sig härvid som en makroskopisk kvantstorhet. Denna analogi, som har sina rötter i
materiens vågnatur, har möjliggjort en mycket fruktbar överföring av kunskap mellan olika grenar av fysiken t.ex. plasmafysik, icke-lineär optik och kvantmekanik och kan förväntas leda till några av de mest spännande vetenskapliga framstegen i framtiden, alltifrån en djupare förståelse av
materiens kvantnatur till tillämpningar som atomlasern.
Federica Cattanis doktorsavhandling behandlar ett flertal fysikaliska problemställningar rörande icke-lineär vågutbredning. Den gemensamma matematiska nämnaren i arbetet är den fundamentala NLS-ekvationen, men de fysikaliska sammanhangen sträcker sig från möjligheten att generera korta
laserpulser med extremt höga effekter över nya fenomen i samband med laser-plasmainteraktion till dynamiken hos Bose-Einstein kondensat.
Avhandlingen ”Problems in Nonlinear Wave Propagation” försvaras vid en offentlig disputation den 28 november kl 10.00 i sal VF, Sven Hultins gata 6, Chalmers tekniska högskola, Göteborg.
Mer information:
Federica Cattani, Elektomagnetik, Chalmers, tel: 031-772 1566, e-post: feff@elmagn.chalmers.se
