Superdatamaskiner simulerer sterke lasere

Flerfoton-ioniseringsprossesser hvor atomær gass ioniseres av lasere har lenge vært brukt for å utforske grunnleggende fysiske prosesser. Med utviklingen i laserteknologi vil høyintensitets, høyfrekvente lasere føre til eksperiment hvor relativistiske effekter må tas høyde for hvis man skal forstå prosessene som foregår. Arbeidet med å modellere disse ioniseringsprossesser gjøres hovedsakelig med tilnærmede modeller som antar at relativistiske effekter er neglisjerbare, eller med modeller som antar at det elektromagnetiske feltet er så sterkt at effekter fra atomkjernen kan ignoreres. En viktig tilnærming er dipol-approksimasjonen, hvor det antas at bølgelengden er så lang at romavhengighet kan ignoreres, og derfor også at magnetfeltet er svakt.

I dette doktorgradsprosjektet har det blitt utviklet en simuleringskode som modellerer ionisering av hydrogen i et fullstendig tredimensjonalt, relativistisk rammeverk. Dette innebærer å gå utenfor dipol-approksimasjonen, bruke Dirac-ligningen, og optimalisere den slik at koden kan oppnå den nødvendige presisjonen til å kunne identifisere relativistiske fenomen. For slik presisjon er det viktig å representere bølgefunksjonen i høy oppløsning. Koden er derfor skrevet parallelisert så den kan kjøre på superdatamaskiner som LUMI, med fokus på skalerbare beregninger som kan bruke ressursene så effektivt som mulig.

Denne avhandlingen har bidratt til kvalitativ og kvantitativ forståelse av hvordan relativistiske effekter påvirker ioniseringsspekteret for hydrogen i det ultraraske høyintensitetsregimet. I tillegg er programvaren som har blitt utviklet utvidbar, og kan brukes til å se på flere problemstillinger innenfor relativistisk atomfysikk i fremtiden.

Personalia

Johanne har en mastergrad i matematikk og fysikk fra Universitetet i Stavanger, og har jobbet som doktorgradsstipendiat ved UiB siden 2021 med Morten Førre og Hicham Agueny som veiledere.