Najpotężniejszy laser w USA z rekordową mocą. To niebywałe osiągnięcie
Laser ZEUS na Uniwersytecie Michigan osiągnął moc 2 petawatów (2 biliardy watów), co niemal podwaja dotychczasowy rekord w USA. To przełomowe osiągnięcie wspiera badania w dziedzinie bezpieczeństwa narodowego czy medycyny, np. może przyśpieszyć rozwój technologii leczenia raka.
Widok przez kryształ tytanu, który pomaga przenieść moc do impulsów laserowych ZEUSA. Obecnie jest najpotężniejszym laserem w USA
Laser ZEUS, finansowany przez Narodową Fundację Nauki USA, zrealizował swoje pierwsze oficjalne eksperymenty przy mocy 2 petawatów (petawat to jednostka mocy oznaczająca biliard watów). To niemal dwukrotnie więcej niż jakikolwiek inny laser w Stanach Zjednoczonych. Taka moc, choć trwa jedynie 25 kwintylionowych sekundy, przekracza całkowitą produkcję energii elektrycznej na świecie ponad 100-krotnie.
To początek eksperymentów na niezbadanych terytoriach naukowych
"Ten kamień milowy oznacza początek eksperymentów, które wkraczają na niezbadane dotąd terytorium amerykańskiej nauki" - powiedział Karl Krushelnick, dyrektor Centrum Ultrafast Optical Science na Uniwersytecie Michigan w oświadczeniu wydanym przez uczelnię.
Badania prowadzone w ZEUS mają zastosowanie w medycynie, bezpieczeństwie narodowym, materiałoznawstwie i astrofizyce. ZEUS jest otwartą placówką badawczą, co oznacza, że zespoły z całego świata mogą składać propozycje eksperymentów, które są oceniane przez niezależne komisje.
Dalsza część artykułu pod materiałem wideo
Naukowcy chcą osiągnąć jeszcze większą moc lasera
"Jedną z zalet ZEUS jest możliwość podziału światła na wiele wiązek" - przekazał Franklin Dollar, profesor fizyki i astronomii na Uniwersytecie Kalifornijskim w Irvine. Jego zespół przeprowadził pierwszy eksperyment przy mocy 2 petawatów.
Zespół Dollara dąży do generowania wiązek elektronów o energiach porównywalnych do tych w akceleratorach cząstek. Te wiązki mają przenosić 5 do 10 razy więcej energii niż dotychczas osiągnięto w ZEUS. "Naszym celem jest osiągnięcie wyższych energii elektronów przy użyciu dwóch oddzielnych wiązek laserowych" - wyjaśnił Anatoly Maksimchuk, naukowiec z Uniwersytetu Michigan.
Dalsza część artykułu pod materiałem wideo
W ramach tego projektu zespół zmodyfikował cel, wydłużając komórkę gazową zawierającą hel, przez którą przechodzi impuls laserowy. Proces ten, znany jako "przyspieszanie wakefield", pozwala elektronom osiągać znacznie wyższe prędkości.
Demonstracja możliwości ZEUS przygotowuje grunt pod eksperyment, w którym przyspieszone elektrony zderzą się z przeciwnie biegnącymi impulsami laserowymi. Z perspektywy elektronów, impuls laserowy o mocy 3 petawatów będzie wydawał się wzmocniony do skali zettawata.
Te badania mogą rozwijać technologie leczenia raka
"Badania prowadzone w ZEUS mają wiele potencjalnych zastosowań, w tym lepsze metody obrazowania tkanek miękkich i rozwój technologii leczenia raka" - powiedział Vyacheslav Lukin, dyrektor programu w NSF.
Obiekt ZEUS mieści się w przestrzeni wielkości sali gimnastycznej. Laser generuje początkowy impuls podczerwieni, który jest rozciągany w czasie, aby uniknąć zbyt dużej intensywności. Po czterech rundach dodawania energii, impuls wchodzi do komór próżniowych, gdzie jest skupiany, aby dostarczyć maksymalną intensywność do eksperymentów. "Jako średniej wielkości obiekt, możemy działać bardziej elastycznie niż duże obiekty, takie jak akceleratory cząstek" - mówił John Nees, naukowiec z Uniwersytetu Michigan.
Droga do osiągnięcia 2 petawatów była długa i wymagała staranności. Największym wyzwaniem było uzyskanie kryształu szafiru, który jest kluczowym elementem końcowego wzmacniacza systemu. "Kryształ, który otrzymamy latem, pozwoli nam osiągnąć 3 petawaty, a jego produkcja trwała cztery i pół roku" - powiedział Franko Bayer, kierownik projektu ZEUS.
Zespół ZEUS już przeprowadził 11 eksperymentów użytkowników od otwarcia w październiku 2023 r., a w przyszłym roku planowane są dalsze ulepszenia systemu.
