Η εγκατάσταση λέιζερ ZEUS στο Πανεπιστήμιο του Μίσιγκαν έχει σχεδόν διπλασιάσει την μέγιστη ισχύ οποιουδήποτε άλλου λέιζερ στις ΗΠΑ με το πρώτο επίσημο πείραμά της στα 2 petawatt (2 τετράκις εκατομμύρια βατ).

Με ισχύ 100 φορές μεγαλύτερη από την παγκόσμια παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας, αυτή η τεράστια ισχύς διαρκεί μόνο για τη σύντομη διάρκεια του παλμού λέιζερ — διάρκειας μόλις 25  πεντακισεκατομμυριοστών του δευτερολέπτου.

«Αυτό το ορόσημο σηματοδοτεί την έναρξη πειραμάτων που εισέρχονται σε ανεξερεύνητα εδάφη για την αμερικανική επιστήμη υψηλού πεδίου», δήλωσε ο Karl Krushelnick , διευθυντής του Κέντρου Gérard Mourou για την Υπερταχεία Οπτική Επιστήμη, το οποίο στεγάζει το ZEUS.

Η έρευνα στο ZEUS θα έχει εφαρμογές στην ιατρική, την εθνική ασφάλεια, την επιστήμη των υλικών και την αστροφυσική, εκτός από την επιστήμη του πλάσματος και την κβαντική φυσική . Υποστηριζόμενο από το Εθνικό Ίδρυμα Επιστημών των ΗΠΑ, το ZEUS είναι μια εγκατάσταση χρηστών, πράγμα που σημαίνει ότι ερευνητικές ομάδες από όλη τη χώρα και διεθνώς μπορούν να υποβάλουν προτάσεις πειραμάτων που περνούν από μια ανεξάρτητη διαδικασία επιλογής.

«Ένα από τα σπουδαία πράγματα σχετικά με το ZEUS είναι ότι δεν είναι απλώς ένα μεγάλο λέιζερ, αλλά μπορείτε να διαιρέσετε το φως σε πολλαπλές δέσμες», δήλωσε ο Φράνκλιν Ντόλαρ , καθηγητής φυσικής και αστρονομίας στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια, στο Ιρβάιν, η ομάδα του οποίου εκτελεί το πρώτο πείραμα χρήστη στα 2 petawatt. «Το να έχουμε έναν εθνικό πόρο όπως αυτός, ο οποίος δίνει την ευκαιρία σε χρήστες των οποίων οι πειραματικές έννοιες είναι οι πιο ελπιδοφόρες για την προώθηση επιστημονικών προτεραιοτήτων, φέρνει πραγματικά την επιστήμη λέιζερ υψηλής έντασης πίσω στις ΗΠΑ».

Η ομάδα του Ντόλαρ και η ομάδα ZEUS στοχεύουν στην παραγωγή δεσμών ηλεκτρονίων με ενέργειες ισοδύναμες με εκείνες που παράγονται σε επιταχυντές σωματιδίων μήκους εκατοντάδων μέτρων. Αυτή θα είναι 5-10 φορές υψηλότερη ενέργεια από οποιεσδήποτε δέσμες ηλεκτρονίων που έχουν παραχθεί προηγουμένως στις εγκαταστάσεις ZEUS.

«Στόχος μας είναι να επιτύχουμε υψηλότερες ενέργειες ηλεκτρονίων χρησιμοποιώντας δύο ξεχωριστές δέσμες λέιζερ — μία για να σχηματίσει ένα κανάλι καθοδήγησης και η άλλη για να επιταχύνει τα ηλεκτρόνια μέσω αυτού», δήλωσε ο Ανατόλι Μαξίμτσουκ , ερευνητής ηλεκτρολόγος μηχανικός και μηχανικός υπολογιστών του Πανεπιστημίου του Μίσιγκαν, ο οποίος ηγείται της ανάπτυξης των πειραματικών περιοχών.

Αυτή η επίδειξη της ισχύος του ZEUS ανοίγει το δρόμο για το πείραμα-υπογραφή, που αναμένεται αργότερα φέτος, όταν τα επιταχυνόμενα ηλεκτρόνια θα συγκρουστούν με παλμούς λέιζερ που έρχονται από την αντίθετη κατεύθυνση. Στο κινούμενο πλαίσιο των ηλεκτρονίων, ο παλμός λέιζερ των 3 petawatt θα φαίνεται ένα εκατομμύριο φορές πιο ισχυρός – ένας παλμός κλίμακας zettawatt. Αυτό δίνει στο ZEUS το πλήρες όνομά του, «Σύστημα Υπερβραχέων Παλμών Λέιζερ Ισοδύναμου Zettawatt».

«Η βασική έρευνα που διεξάγεται στις εγκαταστάσεις ZEUS του NSF έχει πολλές πιθανές εφαρμογές, συμπεριλαμβανομένων καλύτερων μεθόδων απεικόνισης για μαλακούς ιστούς και της προώθησης της τεχνολογίας που χρησιμοποιείται για τη θεραπεία του καρκίνου και άλλων ασθενειών», δήλωσε ο Vyacheslav Lukin, διευθυντής προγράμματος στο Τμήμα Φυσικής του NSF, το οποίο επιβλέπει το έργο ZEUS. «Οι επιστήμονες που χρησιμοποιούν τις μοναδικές δυνατότητες του ZEUS θα επεκτείνουν τα όρια της ανθρώπινης γνώσης με νέους τρόπους και θα προσφέρουν νέες ευκαιρίες για την αμερικανική καινοτομία και οικονομική ανάπτυξη».

Οι εγκαταστάσεις του ZEUS βρίσκονται σε έναν χώρο παρόμοιο σε μέγεθος με ένα σχολικό γυμναστήριο.

Τέλος, η ομάδα ZEUS έχει ήδη αφιερώσει συνολικά 15 μήνες σε πειράματα χρηστών από τα εγκαίνια τον Οκτώβριο του 2023, επειδή υπάρχει ακόμη πολλή επιστήμη που θα μπορούσε να γίνει με ένα λέιζερ 1 petawatt. Μέχρι στιγμής, έχει υποδεχτεί 11 ξεχωριστά πειράματα με συνολικά 58 πειραματιστές από 22 ιδρύματα, συμπεριλαμβανομένων διεθνών ερευνητών. Κατά τη διάρκεια του επόμενου έτους -μεταξύ των πειραμάτων χρηστών- η ομάδα ZEUS θα συνεχίσει να αναβαθμίζει το σύστημα ώστε να φτάσει στην πλήρη ισχύ του.

Το ZEUS είναι ο διάδοχος του λέιζερ HERCULES του κέντρου , το οποίο έφτασε σε μέγιστη ισχύ εξόδου 300 τερραβάτ το 2007.

Αλλά ενώ το ZEUS είναι το πιο ισχυρό λέιζερ στις ΗΠΑ, εξακολουθεί να είναι λιγότερο ισχυρό από το λέιζερ στο ευρωπαϊκό εργαστήριο ELI-NP στο Măgurele της Ρουμανίας, το οποίο φτάνει τα 10 petawatt ισχύος.

Δείτε ΒΙΝΤΕΟ ΕΔΩ