№ 3

Сентябрь/2022

Russian Traveler 03/2022

Физики запускают «Зевса» – один из мощнейших лазеров в истории

Фото: Martin Heigan / Flickr

Импульсный лазер в радиоастрономической обсерватории Hartebeesthoek (но в статье речь не о нем)

Эксперименты проводятся в Мичиганском университете в США.

На этой неделе будет запущен самый мощный лазер в США. Он отправит свои первые импульсы, что позволит исследователям выйти на новый уровень понимания физики плазмы и ускорителей частиц.

Установка известна как ZEUS. Это акроним словосочетания Zetawatt-Equivalent Ultrashort pulse laser System, то есть «Лазерная система с ультракороткими импульсами, по мощности эквивалентная зетаваттной». Она производит сверхкороткий, чрезвычайно мощный импульс длительностью всего 25 фемтосекунд. 

Фемтосекунда – это квадриллионная доля секунды.

По мере расширения возможностей лазера его в конечном итоге можно будет использовать для изучения некоторых самых невероятных явлений Вселенной в лабораторных масштабах. Например, с помощью ZEUS можно будет смоделировать горячую плазму вокруг магнетаров, астрономических объектов с очень высокой плотностью, а также активных ядер галактик.

«ZEUS станет лазером с наивысшей пиковой мощностью в США и одной из самых мощных лазерных систем в мире», – Карл Крушельник, астрофизик из Мичиганского университета.

В тестовом запуске лазер излучал импульсы мощностью 30 тераватт, что составляет всего один процент от его проектной мощности. Уже в следующем году он должен выйти на мощность в три петаватта (ПВт).

ZEUS не является рекордным лазером. В 2020 году в Китае испытали установку SULF (Superintense-Ultrafast Lasers Facility) мощностью 13 петаватт.

Посылая инфракрасные лазерные импульсы из ZEUS в газообразный гелий, который затем превращается в плазму, исследователи хотят создать компактные рентгеновские импульсы из сильно возбужденных электронных пучков. Эти импульсы рентгеновского излучения можно использовать в медицине для точнейшей визуализации мягких тканей.

К концу 2023 года ZEUS должен провести полномасштабные эксперименты в областях, охватывающих квантовую физику, безопасность данных, материаловедение, дистанционное зондирование и медицинскую диагностику, а также изучение некоторых из самых экстремальных объектов в космосе.

«Мы можем воссоздать микрофизику горячей плазмы в чрезвычайно сильных полях в лаборатории», – Луиза Уиллингейл, соавтор исследования из Мичиганского университета.

Фото: ZEUS
Лазерный импульс ZEUS мощностью 3 петаватт сталкивается с электронным лучом, и это создает пары электронов и их античастиц, позитронов, из вакуума

По словам Уиллингейл, эксперименты помогут понять физику магнетаров – нейтронных звезд с чрезвычайно сильными магнитными полями вокруг них, а также таких объектов, как активные ядра галактик, окруженные очень горячей плазмой.

Ученые продолжают добиваться значительного прогресса в создании лазеров, которые являются более универсальными, более стабильными и более мощными, чем когда-либо прежде, а это означает, что эксперименты можно проводить во все более и более значительных масштабах.

Команда, стоящая за разработкой и запуском ZEUS, подчеркивает, что лазер доступен для исследователей по всему миру. Ученые, заинтересованные в его использовании, могут представить свои предложения на проведение экспериментов.

«Мы с нетерпением ждем расширения исследовательского сообщества и привлечения людей с новыми идеями», – говорит Крушельник.