Materia z czystej energii

W ciasnym laboratorium w Szanghaju fizyk Ruxin Li wraz z kolegami, za pomocą lasera, bije kolejne rekordy wytwarzając najsilniejsze impulsy światła jakie kiedykolwiek widział świat. Sercem lasera, zwanego Shanghai Superintense Ultrarafast Laser Facility (SULF), jest pojedynczy cylinder szafiru domieszkowanego tytanem o szerokości ok 30 cm. Po wzbudzeniu światła w krysztale i przepuszczeniu go przez system soczewek i luster, SULF przekształca go w impulsy o niewyobrażalnej mocy. W 2016 roku osiągnięto bezprecedensowy wynik 5,3 milionów miliardów watów (petawatów – PW). Najdziwniejsze jest to, ze mimo tak niesamowitej mocy, światła w Szanghaju nie gasną za każdym razem, gdy laser jest uruchamiany. Chociaż impulsy są niezwykle silne, są również nieskończenie krótkie: trwają mniej niż bilionową część sekundy. Naukowcy ulepszają teraz swój laser i mają nadzieję, że do końca tego roku pokonają swój własny rekord, wytwarzając impuls o mocy 10 PW . Będzie to moc 1000 razy większa niż moc wszystkich światowych sieci elektrycznych. Oczywiście ze względu na krótki czas trwania impulsu, potrzebna będzie stosunkowo niewielka energia, która jak wiadomo jest iloczynem mocy i czasu.

Ambicje grupy chińskich naukowców nie kończą się jednak na tym. W tym roku Li i współpracownicy zamierzają rozpocząć budowę lasera wytwarzającego impulsy o mocy 100 PW, znanego jako Station of Extreme Light (SEL). Całość ma być gotowa do 2023 r. Impulsy światła będą kierowane do komory 20 metrów pod ziemią, gdzie różne próbki będą poddawane ekstremalnym temperaturom i ciśnieniom, normalnie nieobecnym na Ziemi. Skorzystają z tego zarówno astrofizycy jak i inżynierowie materiałowi. Laser może również pobudzić prace nad nowymi sposobami przyspieszania cząstek używanych w medycynie i fizyce wysokoenergetycznej.
Z punktu widzenia fizyki bardziej pociągające jest to, że za pomocą światła można by wytworzyć elektrony i ich antymaterialne odpowiedniki – pozytony, bezpośrednio z próżni. W końcu energia i masa są tym samym, zgodnie z teorią Einsteina i jego słynnym wzorem E=mc2. Do tej pory udwało się zamieniać masę na energię (np. w reakcjach jądrowych). Byłoby jednak niesamowicie ekscytujące móc odwrócić ten proces i stworzyć cząstki materii z czystej energii. Oznaczałoby to, że można te cząstki powołać do życia tam gdzie ich nie było – w próżni; niejako stworzyć coś z niczego.

Ponieważ moc lasera to iloraz Energia podzielona przez czas trwania impulsu, istnieją dwa sposoby zwiększania mocy lasera. Można mianowicie zwiększać energię albo skracać czas trwania impulsu. W latach 70. naukowcy próbowali zwiększyć energię, przepuszczając światło przez dodatkowe soczewki ze szkła domieszkowanego neodymem. Po osiągnięciu zbyt dużej mocy taki wzmacniacz ulegał jednak zniszczeniu. Rozdzielano więc strumień światła na kolorowe promienie za pomocą siatki dyfrakcyjnej, potem te pojedyncze promienie wzmacniano soczewkami i powtórnie łączono za pomocą drugiej siatki dyfrakcyjnej.

Chińczycy na razie przodują w tej dziedzinie jednak mają już sporą konkurencję. Urządzenia o mocy 10 PW powinny wkrótce powstać w Rumunii i w Czechach. Z kolei naukowcy rosyjscy przygotowali projekt urządzenia o mocy 180 PW.

  •  
  •  
  •  
  •  
  •  
  •  
  •  
  •  

Dodaj komentarz