آمریکا قدرتمندترین لیزر خود را آزمایش کرد؛ ۱۰۰ برابر پرتوان تر از برق کل زمین!

به گزارش خبرگزاری دکتر نانو و براساس گزارش دیجیاتو آمریکا با آزمایش لیزری فوق العاده قدرتمند به نام «ZEUS» گام بزرگی در فناوری لیزرهای پرقدرت برداشت. این لیزر در مدت بسیار کوتاهی توانی فراتر از کل برق مصرفی زمین ایجاد کرد و قدرتمندترین لیزر ایالات متحده شناخته می شود.

بنابر اعلام دانشگاه میشیگان اولین آزمایش رسمی سامانه لیزری ZEUS (مخفف Zettawatt-Equivalent Ultrashort pulse laser System) موفق به تولید توان چشمگیر ۲ پتاوات (۲ هزار تریلیون وات) شد. در مقام مقایسه این مقدار بیش از ۱۰۰ برابر کل برق سراسر زمین است؛ البته این توان فقط مدت بسیار کوتاهی ۲۵×۱۰⁻¹⁸ ثانیه (۲۵ کوینتیلیونم یک ثانیه) برقرار بود.

قدرت فراتر از تصور در لیزر ZEUS آمریکا

لیزری که به نام قدرتمندترین خدای اساطیر یونان باستان زئوس نام گذاری شده حالا واقعاً در حد و اندازه نامش ظاهر شده است. این سیستم که به اندازه سالن ورزشی مدرسه است جانشین لیزر پیشین همین دانشگاه با نام «HERCULES» شده که توان خروجی آن به ۳۰۰ تراوات می رسید.

در این آزمایش پالس لیزری به درون سلولی پر از گاز هلیم تابانده شد. وقتی لیزر به ذرات هلیوم برخورد کرد الکترون ها از اتم های هلیم جدا شدند و پلاسما شکل گرفت؛ حالتی که در آن ترکیبی از یون های مثبت و الکترون های آزاد به وجود می آید.

این الکترون های آزاد پشت موج حاصل از پالس لیزر شروع به شتاب گرفتن کردند؛ این پدیده با نام شتاب دهی Wakefield شناخته می شود. ازآنجایی که نور در پلاسما با سرعت کمتری حرکت می کند الکترون ها می توانند به پرتو لیزر برسند و حتی از آن پیشی بگیرند.

این آزمایش در واقع مقدمه ای برای آزمایش اصلی سامانه لیزری ZEUS است که قرار است تا پایان سال جاری میلادی اجرا شود. در آن مرحله الکترون هایی که با کمک لیزر شتاب گرفته اند با پالس های لیزری دیگری که از جهت مخالف تابیده می شوند برخورد خواهند کرد. نتیجه این برخورد به شکلی است که قدرت لیزر ۳ پتاواتی در ظاهر تا یک میلیون برابر بیشتر به نظر می رسد و همین ویژگی دلیل وجود عبارت معادل زتاوات یا «Zettawatt-Equivalent» برای این سامانه لیزری بوده است.

برای اینکه لیزر ZEUS با قدرت بسیار زیاد خود به هوای اطرافش آسیب نزند از ابزارهای نوری ویژه ای برای انکسار استفاده می شود. این ابزارها پالس اولیه لیزر را که در محدوده مادون قرمز قرار دارد در بازه ای زمانی پخش می کنند؛ یعنی آن را کمی طولانی تر و کشیده تر می کند.

کاربردهای علمی و صنعتی لیزر ZEUS در جهان امروز

یکی از اهداف اصلی ZEUS تولید پرتوهایی از الکترون با انرژی مشابه شتاب دهنده های ذره ای بسیار بزرگ در ابعادی کوچک تر و با هزینه ای بسیار کمتر است. ساخت ZEUS فقط ۱۶ میلیون دلار هزینه داشته و دانشگاه میشیگان آن را بسیار مقرون به صرفه توصیف می کند.

به رغم اینکه شلیک ZEUS فقط چند کوینتیلیونم یک ثانیه طول کشید نتیجه آن نشان دهنده سال ها تحقیق توسعه و کالیبراسیون دقیق است. همین لحظات کوتاه فرصت های بزرگی برای آینده علم فراهم می کنند.

«ویچسلاو لوکین» مدیر برنامه بخش فیزیک در بنیاد ملی علوم آمریکا (NSF) و ناظر پروژه ZEUS درباره این پروژه گفت:«پژوهش های بنیادی مرکز ZEUS می تواند کاربردهای زیادی داشته باشد ازجمله اینکه به بهبود تصویربرداری بافت های نرم کمک کند و فناوری های درمان سرطان و سایر بیماری ها را توسعه دهد.»

درعین حال ZEUS می تواند به پژوهش در زمینه جت های پوزیترون اطراف سیاه چاله ها یا مکانیسم های فوران پرتوهای گاما نیز کمک کند.

«فرانکلین دالر» استاد فیزیک و نجوم دانشگاه کالیفرنیا و ناظر این آزمایش گفت:«یکی از ویژگی های جالب ZEUS این است که فقط چکش لیزری بزرگ نیست بلکه می توان پرتو لیزرش را به چندین بخش تقسیم کرد. داشتن چنین منبع ملی مهمی که به استفاده کنندگان خود فرصت می دهد روی ایده های نویدبخش علمی کار کنند نقش مهمی در بازگرداندن جایگاه پیشروی آمریکا در علوم لیزرهای پرقدرت خواهد داشت.»

آزمایش موفق سامانه ZEUS گام مهمی در پیشرفت فیزیک لیزر و ذرات به شمار می رود. این پروژه نه فقط از نظر فناوری پیشرفته و مقرون به صرفه است بلکه می تواند جایگزینی برای شتاب دهنده های بزرگ و پرهزینه باشد. ZEUS همچنین بستری برای پیشبرد مطالعات بنیادی در حوزه هایی مانند فیزیک ذرات اخترفیزیک تصویربرداری پزشکی و درمان سرطان فراهم کرده است.

۲۲۷۲۲۷