100 kartų galingesnis už visas pasaulio elektrines kartu sudėjus! ZEUS padarė tai, ko daugelis laukė daugybę metų ()
Pažangiausių lazerinių technologijų pasaulyje ką tik įvyko reikšmingas įvykis. Po mokslo pasiekimo priedanga slypi istorija apie sugrįžimą į žaidimą ir ambicijas, galinčias pakeisti šiuolaikinės fizikos veidą. Mičigano universitetas padarė tai, ko daugelis mokslininkų laukė jau daugelį metų.
© Marcin Szczepanski, Michigan Engineering (Asmeninis albumas)
Prisijunk prie technologijos.lt komandos!
Laisvas grafikas, uždarbis, daug įdomių veiklų. Patirtis nebūtina, reikia tik entuziazmo.
Sudomino? Užpildyk šią anketą!
Per neseniai atliktą eksperimentą lazeris ZEUS pasiekė 2 petavatų galią, kas yra ne tik techninis lūžis, bet ir simbolinis Jungtinių Valstijų sugrįžimas į pasaulinį lazerių lenktynių elitą. Nors impulsas trunka vos 25 kvintilijonąsias sekundės dalis, per tą akimirką jo galia šimteriopai viršija visų pasaulio elektrinių galią kartu sudėjus. Galime tai įsivaizduoti kaip visos pasaulinės energijos gamybos sutelkimo blyksnį viename šviesos spindulyje.
Galingiausias lazeris JAV
ZEUS oficialiai tapo galingiausiu veikiančiu lazeriu Jungtinėse Valstijose, beveik dvigubai pranokstančiu bet kurią kitą šalies sistemą. Jis užima erdvę, prilygstančią sporto salei, tačiau jo galimybės siekia kosminius mastus.
Sistema pradeda veikimą generuodama infraraudonąjį impulsą viename patalpos kampe. Specialios difrakcinės gardelės ištempia jį laike, o po keturių stiprinimo etapų, naudojant pompinius lazerius, impulsas patenka į vakuumines kameras. Ten jis suplokštinamas iki disko, kurio storis – vos 8 mikronai, tai yra dešimtoji dalis įprasto popieriaus lapo storio.
Strateginė investicija į mokslą
|
Projektui buvo skirtas 16 mln. JAV dolerių finansavimas iš Nacionalinio mokslo fondo (NSF), pabrėžiantis jo strateginę reikšmę. JAV buvo šios srities pionierės, sukūrusios pirmą petavatinį lazerį dar 1996 m., bet vėliau prarado lyderystę prieš kitas šalis. Šiuo metu Europa turi du 10 petavatų lazerius, o Kinija – 5,3 petavatų sistemą ir planus pastatyti dar galingesnį, 100 petavatų gigantą.
ZEUS siekia sugrąžinti JAV į dominuojančią padėtį. Jis bus ne tik galingiausias šalyje, bet ir vienas pažangiausių pasaulyje bent artimiausią dešimtmetį, nors spartus lazerinių technologijų vystymasis gali pakoreguoti prognozes.
Eksperimentai ties mokslo fantastikos riba
Dabartiniai tyrimai, kuriuos vykdo Kalifornijos universiteto Irvine komanda, koncentruojasi į elektronų pluoštų generavimą, kurių energijos prilygsta milžiniškiems dalelių greitintuvams. Tikimasi pasiekti 5–10 kartų didesnes energijas, nei iki šiol gauta su ZEUS.
Procesui naudojami du lazerių spinduliai ir speciali helio dujų kamera. Kai lazerio impulsas praeina pro dujas, jis atplėšia elektronus nuo atomų, suformuodamas plazmą. Elektronai paskui „traukiami“ paskui impulsą procese, vadinamame bangos pėdsako akceleracija – panašiai kaip banglentininkai, besivėžinantys už katerio.
Link zettavatinių galių
Drąsiausias šių metų eksperimentas numato susidurti pagreitintiems elektronams su priešinga kryptimi keliaujančiais lazerio impulsais. Tuomet 3 petavatų lazeris elektronams atrodys kaip zettavatinis, pasiekdamas neįsivaizduojamą kvintilijono vatų galią.
Iš šio reiškinio kilo ir sistemos pavadinimas – Zettawatt Equivalent Ultrashort laser pulse System. Tai leis tirti kvantinę elektrodinamiką ekstremaliomis sąlygomis, kur teoriniai modeliai darosi neapibrėžti. Mokslininkai ketina nagrinėti ir tokį reiškinį kaip „vakuumo virimas“, kai iš, rodos, tuščios erdvės spontaniškai atsiranda materija ir antimateija.
Techniniai iššūkiai ir realios perspektyvos
Kelias iki 2 petavatų buvo ilgas ir kupinas kliūčių. Didžiausias iššūkis – beveik 18 cm skersmens titano-safyrinis kristalas, esminis galutinio stiprintuvo elementas. Jo gamyba užtruko ketverius su puse metų.
Kita problema buvo difrakcinių gardelių patamsėjimas dėl anglies nuosėdų. Komandai teko sukurti tikslias valymo procedūras ir nustatyti saugius laiko tarpus tarp priežiūros darbų, kad sistema veiktų patikimai.
Atviras požiūris į mokslą
Nuo oficialaus atidarymo 2023 m. spalį ZEUS veikia remiamas NSF. Pirmuosius 15 mėnesių, dirbdamas su 1 petavato galia, jis atliko 11 eksperimentų su 58 mokslininkais iš 22 institucijų visame pasaulyje.
Atvira sistema leidžia įvairių šalių tyrėjams teikti pasiūlymus, kurie pereina nepriklausomą atranką. ZEUS, kaip vidutinės skalės įrenginys, gali greičiau prisitaikyti prie mokslininkų poreikių nei milžiniški greitintuvai ar kiti mega projektai – tai jo svarbus pranašumas.
Praktinė nauda už laboratorijos ribų
ZEUS potencialas neapsiriboja vien fundamentiniais fizikos tyrimais.
Medicinoje jis gali prisidėti prie protoninės terapijos akceleratorių miniatiūrizacijos, radioaktyviųjų izotopų gamybos ir geresnio minkštųjų audinių rentgeno vaizdavimo.
Nacionaliniam saugumui – padėti tikrinti krovinių konteinerius, naudojant didelės energijos gama spindulius urano ar plutonio aptikimui.
Medžiagotyroje – suteikti unikalų įrankį stebėti itin greitus pokyčius medžiagose, fiksuojant atomus kas kvadrilijonąją sekundės dalį, o tai gali lemti pažangesnių puslaidininkių kūrimą.
Astrofizikoje – leisti modeliuoti juodųjų skylių čiurkšles, tirti gama spindulių žybsnius ir magnetinių laukų dinamiką sąlygomis, panašiomis į tas, kurios vyrauja neutroninių žvaigždžių atmosferose.
Daugiau nei lazeris
ZEUS – tai ne tik lazeris, o langas į dar neištirtas fizikos ir technologijų sritis, galinčias nulemti mokslo raidą artimiausiais dešimtmečiais. Nors entuziazmą reikia derinti su techninių kliūčių ir biudžeto apribojimų suvokimu, neabejotina, kad tai svarbus žingsnis JAV pastangose susigrąžinti lyderystę pasaulinėse technologijų lenktynėse.
