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美高能激光器開啟兩拍瓦級科學(xué)實(shí)驗(yàn),峰值功率相當(dāng)于全球電網(wǎng)百倍

2025-05-23 01:01:00 來源: 點(diǎn)擊數(shù):

科技日報(bào)記者 劉霞

據(jù)美國密歇根大學(xué)官網(wǎng)最新消息,被譽(yù)為“全美最強(qiáng)激光器”的ZEUS系統(tǒng)正式開啟2拍瓦(1拍瓦等于1015瓦)科學(xué)實(shí)驗(yàn)。該激光器發(fā)射出峰值功率達(dá)2拍瓦的超短脈沖,這一數(shù)值約為全球電網(wǎng)總功率的100倍,而單次脈沖持續(xù)時(shí)間僅25阿秒(1阿秒等于10-18秒),這一成果為高能物理研究開辟了新維度。

ZEUS所在的杰拉德·莫羅超快光學(xué)科學(xué)中心的研究團(tuán)隊(duì)表示,這標(biāo)志著美國高場科學(xué)正式邁入未知領(lǐng)域。ZEUS是“澤塔瓦等效超短脈沖系統(tǒng)”的縮寫,1澤塔瓦(Zettawatt)等于1021瓦。該激光器雖實(shí)際最大功率為3拍瓦,但通過讓激光與反向電子束對撞,可模擬出比實(shí)際功率強(qiáng)百萬倍的澤塔瓦級效應(yīng),可助力科學(xué)家研究極端等離子體現(xiàn)象和量子電動(dòng)力學(xué),從而進(jìn)一步揭示宇宙在微觀層面運(yùn)作的秘密。

美國加州大學(xué)歐文分校物理學(xué)和天文學(xué)教授富蘭克林·多樂表示,ZEUS的獨(dú)特優(yōu)勢在于其“分光”能力,即單束激光可拆分為多路實(shí)驗(yàn)線束。目前,其團(tuán)隊(duì)正利用該設(shè)備開展首個(gè)2拍瓦實(shí)驗(yàn),通過“尾場加速”技術(shù),使電子在等離子波中如沖浪般被加速,預(yù)計(jì)產(chǎn)生的電子束能量將達(dá)常規(guī)水平的5—10倍,堪比數(shù)百米長粒子加速器的效果。

值得期待的是,ZEUS將于年內(nèi)迎來關(guān)鍵升級:一塊歷時(shí)5年打造的鈦藍(lán)寶石晶體(直徑約18厘米)將使其功率躍升至3拍瓦。屆時(shí),電子束與反向激光的對撞實(shí)驗(yàn)將實(shí)現(xiàn)澤塔瓦等效強(qiáng)度,為癌癥治療新技術(shù)的軟組織成像、國家安全、材料科學(xué)、天體物理學(xué),以及等離子體科學(xué)和量子物理學(xué)等領(lǐng)域提供全新工具。

總編輯圈點(diǎn)

ZEUS具有獨(dú)特的分光能力,這使它能夠在多個(gè)科學(xué)領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。例如,在癌癥治療新技術(shù)的研發(fā)中,它可以通過軟組織成像提供更加精確的診斷工具;對于國家安全和材料科學(xué)而言,ZEUS可以用來探索新型防護(hù)材料和結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與開發(fā)。此外,ZEUS能夠以相對緊湊的設(shè)備尺寸產(chǎn)生媲美數(shù)百米長粒子加速器效果的電子束,極大地降低了實(shí)驗(yàn)成本和空間需求。而隨著ZEUS在未來升級至3拍瓦,有望為多領(lǐng)域研發(fā)帶來全新視角和方法。

責(zé)任編輯:左常睿

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