密歇根大学建成美国最强大激光器试验装置

密歇根大学新建成的一个设施将成为美国最强大的激光器的所在地,本周将举行它的第一次实验,因为美国正寻求在高功率激光设备领域再次具有竞争力。

 

该实验将由加州大学欧文分校的研究人员在 ZEUS(Zettawatt 等效超短脉冲激光系统的缩写)进行。他们前往Ann Arbor,以研究光和物质之间极其强烈的相互作用,以及如何利用这种相互作用来缩小粒子加速器。

 

ZEUS的最高功率将是3拍瓦的激光。

 

密歇根州电气工程和计算机科学副教授 Louise Willingale 说:“3拍瓦是3后面有15个零”。

 

她说:“3拍瓦的功率是美国电网功率的3000倍”。

 

美国国家科学基金会授予密歇根州1850万美元用于将ZEUS建立为联邦政府资助的国际用户设施。

 

最初,该设施位于U-M的 Gérard Mourou 超快光学科学中心所在地的一栋大楼内,将容纳研究团队进行实验,这些实验使用了激光全部功率潜力的一小部分。该系统将逐渐增加,ZEUS预计将在 2023 年秋季开始其标志性的实验。

 

美国在 25 年前建造了世界上第一台拍瓦激光器,但没有跟上欧洲和亚洲更雄心勃勃的系统。虽然ZEUS的原始功率与海外同时代产品不同,但它的方法将模拟一种比其3拍瓦功率大约100万倍的激光。

 

 

ZEUS主要将研究极端等离子体,这是一种物质状态,其中电子有足够的能量逃离原子,产生带电粒子的海洋。几乎所有可见的宇宙都是由等离子体组成的。太阳就是等离子体的一个例子。

 

预计实验将有助于理解宇宙如何在亚原子水平上运行以及材料如何在快速的时间尺度上发生变化。科学家们还希望他们能够开发出更小、更紧凑的粒子加速器,用于医学成像和治疗。

 

Willingale说:“ZEUS将在科学、技术、工程和医学领域有广泛的应用”。

 

使用ZEUS的提案将由一个由科学家和工程师组成的外部小组进行评估。由于美国国家科学基金会的资助,实验提案被选中进行研究的用户除了提供他们自己前往设施的旅行费用外,将无需支付任何费用。

 

 

Willingale说,这些提案将根据科学价值和技术可行性进行选择。

 

上周,加州大学欧文分校物理与天文学系副教授Franklin Dollar和四名加州大学欧文分校的研究生抵达密歇根州,开始为他们的实验做准备。

 

“我们领域的主要挑战之一是获得高质量、强激光,”Dollar说,“ZEUS不仅将成为美洲大陆上最强大的激光束,或许更重要的是,它会提供多束强大的光束。

 

他说:“不仅仅是用激光制造高能等离子体,还可以用第二束光与等离子体相互作用。”

 

ZEUS是密歇根大学0.5兆瓦激光器的升级版,该激光器被称为“HERCULES”。

 

虽然密歇根的研究人员对ZEUS的诞生兴奋不已,但他们也意识到,他们的命名惯例与希腊神话的时间顺序并不完全一致。

 

“HERCULES是ZEUS的祖先,”威灵顿说,“这有点倒退,因为HERCULES是ZEUS的儿子。”

 

“所以,我们以子造父。”

 

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