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Relativistischer ultrakurzer Laserpuls

Das linke Bild zeigt eine seitliche Momentaufnahme aus einer Simulation eines relativistischen ultrakurzen Laserpulses, der sich in einem unterdichten Plasma von links nach rechts ausbreitet. Die Farbe gibt dabei die Dichte der Elektronen von blau nach rot an. Auffallend ist die Ausbildung einer elektronenfreien Blase (engl. bubble) hinter dem Laserpuls, also eine Reduzierung einer Plasmawelle auf nur eine Schwingung, die bei sehr hohen Laserintensitäten auftritt. An ihrem hinteren Ende werden Elektronen in die Blase geladen und als dichter Puls auf hohe Energien beschleunig.

In dieser mit beinahe Lichtgeschwindigkeit mitlaufenden Blase treten in Ausbreitungsrichtung gewaltige Feldstärken von bis zu Teravolt pro Meter (1TV/m = 10¹² V/m) - Werte, die im Prinzip eine Verkürzung konventioneller Radiofrequenzbeschleuniger von der Kilometer-Skala auf eine Zentimeter-Skala erlauben würden.

Das Diagramm auf der rechten Seite zeigt das korrespondierende Elektronenspektrum, also die Anzahl der in verschiedenen Energieintervallen auftretenden Elektronen. Das Spektrum zeigt im Bereich um 80 Millionen Elektronenvolt eine Häufung von Elektronen (rot markierter Bereich). Diese entspricht einem Ladungspuls von bis zu einem Nanocoulomb (also etwa 10¹⁰ Elektronen) für die Dauer von 10 Femtosekunden, also einer Spitzenstromstärke von 100.000 Ampere auf einer Querschnittsfläche von 10 Quadratmikrometern.