科学家们即将点燃美国最强大的激光，初始功率高达30万亿瓦

美国目前最强大的激光正在启动，本周将发送第一个脉冲，这将使研究人员对等离子体物理学和粒子加速器的认识达到了一个新的水平。

它被称为“泽塔瓦当量超短脉冲激光系统（ZEUS）”，产生的超短、极强大的脉冲只有25飞秒。1飞秒是1秒的万亿分之一，或者换一种说法，1飞秒与1秒的关系相当于1秒与3171万年的关系。

随着激光能力的提高，它最终可能被用来在实验室规模上研究宇宙中一些最奇异的现象：比如伽马射线爆发或黑洞的物理学。

密歇根大学的天体物理学家卡尔·克鲁舍尼克（Karl Krushelnick）表示：“ZEUS 将成为美国最高峰值功率的激光系统，也是世界上最强大的激光系统之一。”

ZEUS 将从较小的规模开始，然后逐步建立：激光的第一部分被称为高重复目标区域，该区域使用频率较高但功率较低的脉冲。

上图：ZEUS 激光系统原理图。

这个初始阶段将需要 30 太瓦（30 万亿瓦）的功率 —— 这是一个令人印象深刻的量级，但这只是 ZEUS 最终能力的百分之一。 该能量将用于研究一种新型的 X 射线成像。

通过从 ZEUS 向氦气中发送红外激光脉冲，然后氦气转化为等离子体，研究人员希望从高激发的电子束中创造出紧凑的X射线脉冲。这些X射线脉冲有可能被用作一种非常精确的软组织成像方法。

到2023年底，ZEUS 将在量子物理、数据安全、材料科学、遥感和医学诊断等领域进行全面的实验，同时还将对太空中一些最极端的物体进行研究。

密歇根大学的电子和计算机工程师路易斯·威林盖尔（Louise Willingale）说：“磁星是一种周围有极强磁场的中子星，以及被非常热的等离子体包围的活动星系核 —— 我们可以在实验室中在极强的磁场中重建热等离子体的微物理。”

激光的一个区域使用所谓的碰撞光束几何结构，即激光脉冲被分成两部分：其中一个脉冲可用于将电子加速成高速光束，然后该光束可被引导回与第二个激光脉冲相互作用。

由此产生的模拟效果，比 ZEUS 仅用一个脉冲就能产生的实际能力强100万倍。

上图：ZEUS 设施的平面图。

科学家们在制造比以往任何时候都更通用、更稳定、更强大的激光方面继续取得实质性进展，这意味着可以在越来越大的规模上进行实验。

开发和发射 ZEUS 的团队强调，全世界的研究人员都可以使用这种激光器。有兴趣使用它的科学家可以提交他们的提案以获得批准。

天体物理学家卡尔·克鲁舍尼克表示：“我们期待着发展研究社区，并为实验和应用引进有新想法的人。”

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