Το Πανεπιστήμιο του Michigan ανακοίνωσε την επιτυχημένη ενεργοποίηση του ZEUS (Zettawatt-Equivalent Ultrashort pulse laser System), του ισχυρότερου λέιζερ που έχει κατασκευαστεί στις ΗΠΑ. Κατά την πρώτη του πειραματική λειτουργία, το ZEUS παρήγαγε παλμούς ισχύος 2 petawatts (δύο τετράκις εκατομμύρια watt) επίδοση που ξεπερνά κατά περισσότερο από 100 φορές τη συνολική παγκόσμια κατανάλωση ηλεκτρικής ενέργειας. Ωστόσο, αυτοί οι ακραία ισχυροί παλμοί διαρκούν μόλις 25 πεντακισεκατομμυριοστά του δευτερολέπτου και προορίζονται αποκλειστικά για εφαρμογές σε προηγμένα επιστημονικά πεδία, όπως η ιατρική, η κβαντική φυσική και η επιστήμη των υλικών.
Η κατασκευή του ZEUS χρηματοδοτήθηκε από το US National Science Foundation με συνολικό κόστος 16 εκατομμυρίων δολαρίων. Περιλαμβάνει εξαρτήματα αιχμής, όπως ειδικούς κρυστάλλους ζαφειριού 7 ιντσών με έγχυση ατόμων τιτανίου, των οποίων η κατασκευή διήρκεσε πάνω από τέσσερα χρόνια. Όπως επισήμανε ο Franko Bayer, project manager του συστήματος, τέτοιου μεγέθους τιτανιούχοι κρύσταλλοι υπάρχουν μόνο σε ελάχιστες εγκαταστάσεις παγκοσμίως.
Η ενεργοποίηση του ZEUS δεν είναι τόσο απλή όσο η πίεση ενός κουμπιού. Ξεκινά από έναν αρχικό υπέρυθρο παλμό, ο οποίος ενισχύεται μέσω τεσσάρων διαδοχικών σταδίων pump lasers. Ωστόσο, για να αποφευχθεί το φαινόμενο του «σχίσιμου του αέρα» από την υπερβολική ένταση, ο παλμός διέρχεται από ειδικές οπτικές διατάξεις, γνωστές ως diffraction gratings, που τον επιμηκύνουν. Στη συνέχεια, αφού φτάσει σε διαστάσεις 12 ιντσών σε πλάτος και μερικών ποδιών σε μήκος, συμπιέζεται ξανά μέσα σε θάλαμο κενού σε πλάτος μόλις 0.8 microns, ώστε να παραδοθεί η μέγιστη πυκνότητα ενέργειας στο πειραματικό υλικό.
Το πρώτο πείραμα διεξήχθη από τον Franklin Dollar, καθηγητή φυσικής και αστρονομίας στο University of California, Irvine. Ο παλμός laser στόχευσε ένα θάλαμο γεμάτο ήλιο, προκαλώντας τη δημιουργία πλάσματος. Τα ηλεκτρόνια αποσπάστηκαν από τα άτομα, δημιουργώντας μια «σούπα» από ελεύθερα ηλεκτρόνια και θετικά φορτισμένα ιόντα. Στη συνέχεια, τα ηλεκτρόνια επιταχύνθηκαν πίσω από τον παλμό, όπως οι wakesurfers πίσω από ένα ταχύπλοο, σε ένα φαινόμενο γνωστό ως wakefield acceleration.
Ο στόχος των ερευνητών είναι η παραγωγή ηλεκτρονικών δεσμών με ισχύ αντίστοιχη των επιταχυντών σωματιδίων, αλλά χωρίς τις δαπανηρές και εκτεταμένες υποδομές που απαιτούνται για τους παραδοσιακούς επιταχυντές.
Το ZEUS στεγάζεται στο Gérard Mourou Center for Ultrafast Optical Science, σε χώρο αντίστοιχο ενός σχολικού γυμναστηρίου. Αποτελεί τον διάδοχο του HERCULES laser, το οποίο είχε φτάσει τα 300 terawatts το 2007. Η κατασκευή του ZEUS είχε ανακοινωθεί για πρώτη φορά το 2022 και σήμερα η ισχύς του υπερδιπλασιάζει εκείνη κάθε άλλου λέιζερ στις ΗΠΑ, με προοπτική μελλοντικής επέκτασης στα 3 petawatts.
Παρά τη σημαντική του ισχύ, το ZEUS δεν είναι το ισχυρότερο laser παγκοσμίως. Την πρωτοκαθεδρία εξακολουθεί να κατέχει το ευρωπαϊκό ELI-NP στην Măgurele της Ρουμανίας, με μέγιστη ισχύ που φτάνει τα 10 petawatts.
[via]
