

一台以古希腊最强大的神命名的激光不负其名。根据密歇根大学的说法,Zettawatt-Equivalent Ultrashort pulse laser System (ZEUS) 的首次正式实验产生了2拍瓦(2千万亿瓦)的功率。作为参考,这超过了地球整体电力输出的100倍——但你很可能在你眨眼之间就错过了它。
与学校体育馆大小相当的ZEUS是该大学HERCULES系统的后继者,HERCULES系统的最高功率为300太瓦。ZEUS在其首次演示中依赖于重新配置的目标,该目标要求将激光脉冲射向一个含有氦气的细胞。随后的相互作用产生等离子体,因为它将电子从氦原子中撕裂出来,从而产生正离子和自由电子的混合物。电子在激光脉冲后面开始加速,这是一种称为尾波场加速的现象。由于光在等离子体中的传播速度较慢,电子可以追上激光束。这些自由电子由于靶室的大小,还可以获得更多的时间来加速,从而达到更高的速度。

最近的演示是今年晚些时候举行的ZEUS标志性实验的序幕。在那个测试中,加速的电子还将撞击来自相反方向的激光脉冲。这就是事情变得(更加)复杂的地方——但要简而言之,这种效应使得3拍瓦的激光看起来强大一百万倍,因此ZEUS的名称中带有“泽塔瓦等效”的字样。
实现这一目标和其他实验壮举确实需要一些安全措施。ZEUS包含称为衍射光栅的光学器件,可以将初始的红外脉冲在时间上拉伸。这确保了初始功率不会变得如此之高,以至于开始撕裂周围的空气。
另一个目标是最终创造出能量与数百英尺长的粒子加速器中发现的能量相似的电子束,而ZEUS的尺寸和运行成本仅为前者的很小一部分。密歇根大学曾称这台耗资仅1600万美元建造的机器是“一笔划算的买卖”。
多年的建造、校准和专业知识在极短的时间内得到展示。ZEUS的2拍瓦射击仅持续了25万亿分之一秒。但未来的实验将充分利用这些时刻。

“NSF ZEUS设施进行的这项基础研究有许多可能的应用,包括用于软组织成像的更好方法,以及用于治疗癌症和其他疾病的技术进步,”美国国家科学基金会物理学部项目主任Vyacheslav Lukin解释说,该部门负责ZEUS项目。
同时,ZEUS实验还可以帮助研究人员探索从黑洞中射出的正电子喷流的动力学,或伽马射线暴的运作方式。
“ZEUS的一个优点是它不仅仅是一个巨大的激光锤,你还可以将光分成多个光束,”加州大学物理学和天文学教授Franklin Dollar说,他监督了2拍瓦的实验。“拥有这样一个国家级的资源,为那些实验理念最有希望推进科学优先事项的用户提供时间,确实正在将高强度激光科学带回美国。”