Когда 1 световой импульс мощнее всех электростанций мира: лазер ZEUS поставил рекорд, от которого мурашки

Команда физиков из Мичиганского университета достигла феноменальных результатов в своей работе: созданный ими комплекс ZEUS генерирует импульс света, превосходящий по мощности суммарное энергопотребление планеты в сто раз. За ничтожно малый промежуток — 25 квинтиллионных долей секунды — система выдаёт два петаватта энергии, установив новый рекорд среди подобных разработок в США.

Технология, занимающая пространство, сопоставимое со школьным спортзалом, функционирует в стенах Центра сверхбыстрой оптической науки имени Жерара Муру. Для защиты от радиационного излучения помещение окружают массивные бетонные стены толщиной 60 сантиметров. ZEUS пришёл на смену предыдущей системе HERCULES, максимальный показатель которой не превышал 300 тераватт.

В основе разработки лежит особый кристалл, созданный из сочетания титана и сапфира — именно через него проходит световой поток, набирая колоссальную энергию. Инженеры разработали инновационную конфигурацию с увеличенной газовой камерой, наполненной гелием. Когда сверхмощный импульс сталкивается с газовой средой, формируется плазма — состояние вещества, в котором свободные электроны смешиваются с ионами. Частицы разгоняются до невероятных скоростей, двигаясь по следу светового пучка. Этот феномен еще называют ускорением в кильватерном поле.

Преодоление рубежа в два петаватта открывает путь к ключевому эксперименту, который планируют провести до конца текущего года. Разогнанные электроны хотят направить навстречу световому импульсу. Если всё пройдет успешно, энергия пучка должна достигнуть трёх петаватт, что сравнимо с зеттаваттным масштабом (отсюда, кстати, и название проекта - ZEUS, то есть Zettawatt Equivalent Ultrashort laser pulse System).

Установка, в которую, кстати, Научный фонд США инвестировал 16 миллионов долларов, работает как общенациональная научная платформа, предоставляя доступ исследовательским группам со всей страны. Первые эксперименты проводит команда профессора Франклина Доллара из Калифорнийского университета. Учёные намерены достичь революционных результатов: получить пучки частиц, сопоставимые по мощности с излучением гигантских ускорителей, протяжённость которых измеряется сотнями метров. По расчётам специалистов, энергетические показатели превзойдут существующие возможности ZEUS в 5-10 раз.

История проекта началась с очень важного эксперимента: во время работы над докторской диссертацией Франклин Доллар использовал прототип установки — лазер HERCULES — для получения рентгеновских снимков стрекозы. Этот опыт наглядно продемонстрировал уникальные возможности сверхкоротких лазероподобных рентгеновских импульсов в визуализации мягких тканей. Метод позволяет получать детальные изображения при минимальной лучевой нагрузке на исследуемый объект.

Сфера применения ZEUS простирается от фундаментальной медицины до материаловедения, от астрофизических исследований до физики плазмы, от квантовой механики до задач национальной безопасности. Например, сверхмощные лазерные импульсы помогут изучать поведение материалов в экстремальных условиях: как они разрушаются под действием интенсивного излучения, как меняют свои свойства при сверхвысоких температурах и давлениях. Такие знания критически важны для создания защитных покрытий космических аппаратов.

Даже при работе на пониженной мощности в один петаватт ZEUS уже привлек внимание научного сообщества: установку посетили десятки исследовательских групп из разных стран. Однако в ближайшие годы конкуренцию американскому комплексу составит британский проект Vulcan 20-20. Его создатели заявляют о беспрецедентных характеристиках своего детища: когда машина заработает, яркость светового пучка должна превзойти интенсивность самого яркого солнечного света в квадриллион квадриллионов раз.