Knusing av atomer i superintense laserfelt på superdatamaskiner

Dette arbeidet utvider forståelsen for hvordan noen av de minste byggeklossene i naturen, atomene, reagerer når de utsettes for ekstreme lyskilder. Atomet er ofte beskrevet som et mikroskopisk solsystem der atomkjernen spiller solens rolle og elektronene tilsvarer identiske planeter. Elektronene er ladde partikler og utsettes for krefter når de er i elektriske og magnetiske felt og kan da rives ut av banene sine slik at atomet mister dem, en prosess som er kjent som ionisasjon. Å forstå atomenes respons til påtrykte felter kan bidra til spennende bruksområder som krever kontroll av mikroskopiske systemer, for eksempel kvantedatamaskiner og fusjonsenergi.

Fysikken på atomær skala forståes gjennom kvantemekanikk og i en slik beskrivelse er matematiske simuleringer ofte meget utfordrende. Kun ved hjelp av den rå kraften til superdatamaskiner som tilsvarer flere tusener av vanlige datamaskiner kan en oppnå nøyaktige beregninger av prosessene som studeres her. Avhandlingen beskriver spesialutviklet programvare for simulering av tidsavhengig kvantemekanikk.

I doktorgraden har Simonsen forsket på hvordan et heliumatom brytes opp av en sterk UV-laser med fokus på hvilken rolle den gjensidige frastøtningskraften mellom elektronene spiller. Å forstå denne kraften i de enkleste systemene slik som helium er viktig for å kunne beskrive mer komplekse atomer og molekyler utsatt for sterke elektromagnetiske felt.

Elektromagnetisk stråling består av to svingende felt som brer seg gjennom rommet, et elektrisk og et magnetisk. Ofte domineres vekselvirkninger utelukkende av det elektriske feltet, og mange teoretiske modeller forholder seg kun til dette. I avhandlingen foretas det en analyse av hvordan den magnetiske komponenten av UV-lys og røntgenstråling påvirker ionisasjon av hydrogen når strålingsintensiteten blir veldig høy. Forskingsresultatene viser eksempler på nye mekanismer som kun finner sted når det magnetiske feltet er korrekt beskrevet.

Personalia:

Aleksander Skjerlie Simonsen (f. 1987) er født og oppvokst i Bergen. Han er utdannet fysiker ved Universitetet i Bergen med endt mastergrad i 2012. Han har vært en del av forskergruppen for optikk og atomfysikk ved institutt for fysikk og teknologi ved Universitetet i Bergen.