В США появился новый самый мощный лазер
Лазерная установка ZEUS в Мичиганском университете примерно вдвое превысила пиковую мощность любого другого лазера в США: в ходе первого официального эксперимента она достигла 2 петаватт (2 квадриллиона ватт). Эта мощность, превышающая глобальную выработку электроэнергии в 100 раз, сохраняется только в течение короткого времени лазерного импульса — всего 25 квинтиллионных долей секунды. Особенностью ZEUS является то, что это не просто один большой лазерный поток, а возможность разделить свет на несколько лучей.
Фото. Джон Нис (слева) и инженер-лазерщик Пол Кэмпбелл (справа) работают в Target Area 1, где пройдет первый эксперимент с пользователем мощностью 2 петаватта. ZEUS теперь самый мощный лазер в США. Автор: Марцин Щепански, Michigan Engineering
Используя два отдельных лазерных луча, учёные стремятся достичь более высоких энергий электронов: один для формирования направляющего канала, а другой для ускорения электронов через него. Физики надеются сделать это частично с помощью перепроектированной цели.
Они удлинили ячейку, которая удерживает газ (в этом эксперименте гелий), в который врезается лазерный импульс. Отрывая электроны от атомов, это взаимодействие производит плазму таким образом, что газ становится супом из свободных электронов и положительно заряженных ионов. Эти электроны ускоряются позади вейксерферов, похожих на лазерные импульсы, близко к скоростному катеру — явление, называемое ускорением кильватерного поля.
Свет движется медленнее через плазму, что позволяет электронам догнать его. В менее плотной, более длинной мишени электроны тратят больше времени на ускорение, прежде чем они догонят лазерный импульс, что позволяет им достигать более высоких максимальных скоростей.
Эта демонстрация мощности ZEUS прокладывает путь к знаковому эксперименту, который ожидается в конце этого года, когда ускоренные электроны столкнутся с лазерными импульсами, идущими в противоположном направлении. В движущейся системе электронов 3-петаваттный лазерный импульс будет казаться в миллион раз более мощным — импульсом масштаба зеттаватта. Это дает ZEUS его полное название "Зеттаваттная эквивалентная сверхкороткая лазерная импульсная система".
Самая большая проблема в конструировании ZEUS — сапфировый кристалл, пропитанный атомами титана. Почти 7 дюймов в диаметре, это критически важный компонент конечного усилителя системы, который выводит лазерный импульс на полную мощность.
На данный момент ZEUS проделал 11 отдельных экспериментов с участием в общей сложности 58 экспериментаторов из 22 учреждений, включая международных исследователей. В течение следующего года — между пользовательскими экспериментами — команда ZEUS продолжит модернизировать систему до ее полной мощности.
