Θεσσαλονίκη – Γκέτεμποργκ μέσω πλάσματος

Το ΒΗΜΑ-Science μίλησε με έναν έλληνα ερευνητή που έχει ασχοληθεί για περισσότερο από 10 χρόνια με την έρευνα γύρω από τα όσα συμβαίνουν όταν ένας παλμός Λέιζερ εισδύσει σε χώρο όπου υπάρχει πλάσμα. Ο Ευάγγελος Σιμήνος είναι σήμερα επίκουρος καθηγητής Φυσικής στο Πανεπιστήμιο του Γκέτεμποργκ και ερευνητής-μέλος της ομάδας πλάσματος στο Πολυτεχνείο Chalmers, που βρίσκεται στην ίδια πόλη. Πήρε πτυχίο Φυσικής από το Πανεπιστήμιο της Θεσσαλονίκης το 2003 και από εκεί και έπειτα ξεκίνησε μια πορεία που μέσα σε 17 χρόνια τον πήγε ως τις Ηνωμένες Πολιτείες και το Georgia Institute of Technology, όπου έκανε το διδακτορικό του, από εκεί στη Γαλλία και στη Γερμανία ενώ σήμερα ασχολείται με τη Φυσική Πλάσματος στη Σουηδία. Είναι θεωρητικός φυσικός και ειδικεύεται στις προσομοιώσεις των συνθηκών που δημιουργούνται σε ένα πλάσμα, με τη βοήθεια υπολογιστή.

Απρόβλεπτες συμπεριφορές

Ξεκίνησε την έρευνά του πρώτα στα μη γραμμικά φαινόμενα και αυτό τελικά τον οδήγησε όχι απρόβλεπτα στη Φυσική του Πλάσματος, αφού αυτή ακριβώς η κατάσταση της ύλης είναι γεμάτη με «μη γραμμικές» συμπεριφορές. Γραμμική συμπεριφορά σημαίνει ότι έχουμε ένα αποτέλεσμα σε ευθεία αναλογία και προβλέψιμο ως προς αυτό που το προκαλεί. Αν για παράδειγμα ένα μέγεθος ψ εξαρτάται από ένα άλλο χ με σχέση π.χ. ψ = 4χ τότε για κάθε χ το ψ που θα προκύπτει θα είναι πάντα 4 φορές μεγαλύτερο. Αντίθετα, στις μη γραμμικές συμπεριφορές κάθε άλλο παρά ευθεία (και μερικές φορές όχι πάντα προβλέψιμη) αναλογία υπάρχει. Οπως στη σχέση ψ = 1/χ όπου μικρές μεταβολές στο χ μπορούν να δώσουν δυσανάλογα μεγάλες μεταβολές στο ψ. Και εκεί η έρευνα, στις μη γραμμικές συμπεριφορές δηλαδή, γίνεται και συναρπαστική αλλά και πολύπλοκη.

Υπομονετικά ο κ. Σιμήνος εξηγεί ότι σε έναν συμβατικό επιταχυντή όπως αυτός με τη γιγάντια διαδρομή των 27 χιλιομέτρων στο CERN για να αυξηθεί η ενέργεια που ένα τεχνητό ηλεκτρομαγνητικό πεδίο δίνει στα σωματίδια προτού συγκρουστούν, θα έπρεπε ή να αυξήσει το μήκος του (δηλαδή να προστεθούν περισσότερα χιλιόμετρα στη διαδρομή του) ή να αυξηθούν οι «ενέσεις» ενέργειας που δίνονται στην περιστρεφόμενη δέσμη σε ειδικές κοιλότητες τοποθετημένες σε συγκεκριμένα σημεία της διαδρομής. Και τα δύο όμως είναι πλέον αρκετά δύσκολο να γίνουν.

Διότι και δεν προστίθενται εύκολα χιλιόμετρα υπόγειας διαδρομής και δεν γίνεται να αυξηθεί απεριόριστα η ενέργεια, μια και τότε κινδυνεύουν οι κοιλότητες αυτές να καταστραφούν. Αυτό έχει ανεβάσει την προηγούμενη δεκαετία πολύ τις μετοχές της έρευνας σχετικά με την επιτάχυνση σωματιδίων που παρατηρείται όταν περάσει ένας παλμός Λέιζερ μεγάλης ισχύος από έναν χώρο με πλάσμα. Ας σημειωθεί εδώ ότι το πλάσμα, το οποίο αποτελούν φορτισμένα σωματίδια, χωρίς όμως να ανήκουν σε μια συγκεκριμένη δομή ή να συνθέτουν κάποιο σώμα, δεν κινδυνεύει να καταστραφεί από τη μεγάλη ισχύ μιας ακτίνας φωτός όπως είναι αυτή του λέιζερ.

Αυτό όμως που θα συμβεί με το αφάνταστα γρήγορο πέρασμα μιας ακτίνας με τεράστια ενέργεια, είτε αποτελείται από φωτόνια είτε από ηλεκτρόνια, θα είναι να μετακινηθούν βίαια αλλά χωρίς να πάνε και πολύ μακριά τα ηλεκτρόνια του πλάσματος που θα βρεθούν στον δρόμο της. Τα πολύ πιο δυσκίνητα θετικά ιόντα μένουν σχεδόν ακίνητα και έτσι σε ένα τμήμα του πλάσματος έχουμε περισσότερο θετικό φορτίο και σε ένα γειτονικό αρνητικό φορτίο αντίστοιχα. Δημιουργείται επομένως ένα ισχυρό πεδίο. Αυτό θα προσπαθήσει να φέρει τα ηλεκτρόνια στη θέση τους και με την ορμή τους θα πάνε και λίγο πιο πέρα. Δημιουργώντας έτσι μιαν αρμονική ταλάντωση, κάτι αντίστοιχο περίπου με την αιώρηση μιας κούνιας.

Στις προσομοιώσεις που γίνονται με τη βοήθεια ισχυρότατων υπολογιστών, εικονογραφώντας το φαινόμενο, έχεις την εντύπωση ότι πέρασμα της ακτίνας από το πλάσμα δημιούργησε κάτι σαν τα στροβιλιζόμενα απόνερα που αφήνει πίσω του ένα ταχύπλοο στο νερό.

Σερφάρισμα ηλεκτρονίων

Αν λοιπόν εκείνη ακριβώς τη στιγμή εμφανιστεί μια δέσμη ηλεκτρονίων, αυτά κατά κάποιον τρόπο μπορεί να ειπωθεί ότι «σερφάρουν» επάνω στα απόνερα της μετατόπισης των ηλεκτρονίων του πλάσματος και εξαιτίας του ισχυρότατου ηλεκτρικού πεδίου ανάμεσα σε αυτά και τα σχεδόν α(μετα)κίνητα ιόντα ακολουθούν την κατεύθυνση του παλμού Λέιζερ. Το αποτέλεσμα είναι μια δέσμη σωματιδίων με αφάνταστες επιδόσεις.

Εχουν παραχθεί δέσμες που η ταχύτητα σε αυτές φθάνει το 99,997% της ταχύτητας του φωτός, με τη βοήθεια συσκευών λέιζερ που δίνουν παλμούς με ισχύ 300 τρισεκατομμύρια Watt και οι οποίες περνώντας μέσα από πλάσμα με 700 χιλιάδες τρισεκατομμύρια σωματίδια σε κάθε κυβικό εκατοστό έδωσαν ηλεκτρικό πεδίο με 100 δισεκατομμύρια eV ανά μέτρο, δηλαδή 1.000 φορές μεγαλύτερο από ό,τι στους συμβατικούς επιταχυντές. Και όλα αυτά σε συσκευές που δεν υπερβαίνουν σε μήκος το 1 μέτρο.

Οπως πιστεύει ο συνομιλητής μας, δέσμες πρωτονίων που θα επιταχύνονται σε τόσο ισχυρά πεδία και οι παλμοί τους θα έχουν διάρκεια κάποια δισεκατομμυριοστά του δισεκατομμυριοστού του δευτερολέπτου θα μπορούσαν να είναι εξαιρετικά ακριβή εργαλεία στην καταπολέμηση κακοήθων όγκων. Ο δρόμος έχει ανοίξει, αλλά το μήκος του είναι ακόμη άγνωστο. Ωστόσο στο Γκέτεμποργκ και σε άλλα μέρη του κόσμου οι έρευνες συνεχίζονται εντατικά.