Физики планируют построить лазеры огромной мощности, способные разорвать пустое пространство  



Физики планируют построить лазеры огромной мощности, способные разорвать пустое пространство +33



Внутри тесной лаборатории в Шанхае (Китай) физик Жусинь Ли [Ruxin Li] с коллегами ставят рекорды при помощи самых мощных световых импульсов, какие только видел мир. В основе их лазера под названием Шанхайская сверхинтенсивная ультрабыстрая лазерная установка (Shanghai Superintense Ultrafast Laser Facility, SULF) лежит единственный цилиндр из сапфира с примесью титана размером с большую тарелку. После того, как в кристалле загорается свет, он проходит через систему линз и зеркал, и превращается в импульсы невероятной мощности. В 2016 году установка достигла мощности в 5,3 ПВт (петаватт, 1015 Вт). Однако в Шанхае при каждом запуске лазера свет не гаснет. Хотя эти импульсы и чрезвычайно мощные, они также чрезвычайно короткие – каждый из них длится не более одной триллионной доли секунды. Сейчас исследователи обновляют свой лазер и надеются побить собственный рекорд уже к концу этого года, создав импульс в 10 ПВт, который в 1000 раз превышает мощность всех электросетей мира.

Но амбиции группы на этом не заканчиваются. В этом году Ли с коллегами собираются начать постройку лазера мощностью 100 ПВт, названного «Станцией экстремального света» (Station of Extreme Light, SEL). К 2023 году он должен суметь запускать импульсы в комнате, находящейся в 20 м под землёй, подвергая цели воздействию экстремальных температур и давлений, не встречающихся на Земле – это будет праздник для всех астрофизиков и материаловедов. Также лазер сможет продемонстрировать новый способ ускорять частицы, который найдёт применение в медицине и высокоэнергетической физике. Но самым интересным, по словам Ли, будет показать, как свет может вырывать электроны и их двойников из антиматерии, позитроны, из пустого пространства – это явление известно под названием «разрыва вакуума». Это станет потрясающей демонстрацией взаимозаменяемости материи и энергии, которое постулирует знаменитое уравнение Альберта Эйнштейна, E = mc2. Хотя ядерное оружие известно тем, что преобразует материю в огромное количество тепла и света, обратный процесс запустить не так-то просто. Но Ли говорит, что SEL справится с этим. «Это будет очень волнительно, — говорит он. – Это будет означать, что можно создать что-то из ничего».

Китайская группа учёных «определённо служит авангардом» на пути к 100 ПВт, говорит Филипп Баксбаум [Philip Bucksbaum], физик-атомщик из Стэнфордского университета. Но соперников у них хватает. В следующие несколько лет устройства мощностью в 10 ПВт должны будут заработать в Румынии и Чешской республике в качестве частей европейской исследовательской "Инфраструктуры экстремального света", хотя этот проект недавно отложил постройку лазера мощностью в 100 ПВт. Русские физики разработали схему лазерной установки мощностью в 180 ПВт в проекте «Эксаваттного центра изучения экстремального света» (Exawatt Center for Extreme Light Studies, XCELS) [не просто разработали – проект уже включён в список мегапроектов 2010-2020 годов / прим. перев.], а японцы внесли предложение о создании устройства мощностью в 30 ПВт.

Учёные из США выпали из соревнования за высокие энергии, согласно исследованию, опубликованному в прошлом месяце Национальными академиями по науке, инженерному делу и медицине, группе, председателем которой был Баксбаум. Это исследование призывает Министерство энергетики США запланировать постройку хотя бы одной высокоэнергетической установки, и это даёт надежду исследователям из Рочестерского университета в Нью-Йорке, разрабатывающим планы постройки лазера на 75 ПВт, «Оптической параметрической линии усиления» (Optical Parametric Amplifier Line, OPAL). Она сможет воспользоваться преимуществами лазеров из OMEGA-EP, одного из мощнейших лазеров США. «Отчёт академий побуждает к действиям», — говорит Джонатан Зугель, возглавляющий проект OPAL.

Лазеры, изобретённые в 1960-х, используют внешнюю систему накачки, например, импульсную лампу, для возбуждения электронов в атомах материала, лежащего в основе лазера – обычно это газ, кристалл или полупроводник. Когда каждый из этих электронов возвращается обратно в невозбуждённое состояние, он испускает фотон, который в свою очередь стимулирует ещё один электрон на испускание фотона, и так далее. В отличие от расходящихся лучей света, фотоны в лазере порождают плотно упакованный поток с определённой длиной волны.

Поскольку мощность – это энергия в единицу времени, для её максимизации есть два пути: увеличить энергию лазера или уменьшить длительность импульса. В 1970-х исследователи из Ливерморской национальной лаборатории (LLNL) в Калифорнии сконцентрировались на первом варианте, увеличивая энергию лазера, перенаправляя лучи через дополнительные генерирующие кристаллы, состоявшие из стекла с примесью неодима. Однако луч выше определённой интенсивности может повредить усилители. Чтобы избежать этого, в Лаборатории пришлось увеличивать их размер, до десятков сантиметров в диаметре. Но в 1983 году Жерар Муро [Gerard Mourou], сейчас работающий в Политехнической школе в Париже, и его коллеги совершили прорыв. Он понял, что краткие импульсы лазера можно растянуть во времени – сделав их менее интенсивными – при помощи дифракционной решётки, распределяющий импульс по составляющим его цветам. После того, как свет усилится до более высоких энергий, его можно заново сжать при помощи второй дифракционной решётки. В результате получится более мощный импульс, не повредивший усилитель.



Усиление чирпированных импульсов стало основой высокоэнергетических лазеров. В 1996 году оно позволило исследователям из LLNL получить первый в мире импульс мощностью в петаватт при помощи лазера Нова. С тех пор LLNL повышала энергию лазеров, пытаясь достичь ядерного синтеза. Национальный комплекс зажигания создаёт импульсы, содержащие невероятные 1,8 МДж энергии, в попытке разогреть крохотные капсулы водорода до температур синтеза. Однако эти импульсы сравнительно длинные, и они всё равно достигают мощности не более, чем в 1 ПВт.

Чтобы увеличить мощность, учёные обратились к временной области исследований: они пытаются упаковать энергию импульса во всё более короткие промежутки времени. Один из подходов – усилить свет в сапфировых кристаллах с добавлением титана, выдающих свет с большим разбросом частот. В зеркальной камере эти импульсы, отражаясь, прыгают туда и сюда, и можно сделать так, чтобы на большей части длины импульса отдельные компоненты частот взаимно уничтожали друг друга, при этом усиливая друг друга на небольшом отрезке импульса длиной всего в несколько десятков фемтосекунд. Если накачать такие импульсы энергией в несколько сотен джоулей, можно получить пиковую мощность в 10 ПВт. Именно так SULF и другие лазеры на основе сапфира могут бить рекорды по мощности, используя оборудование, помещающееся в большой комнате, стоимостью всего в десятки миллионов долларов – при том, что Национальный комплекс зажигания стоил $3,5 млрд и занимал десятиэтажное здание площадью в три футбольных поля.

Повышение мощности импульса на порядок, с 10 ПВт до 100 ПВт, потребует ещё больше ухищрений. Один из подходов – увеличение энергии импульса с сотен до тысяч джоулей. Но лазеры на основе сапфира с титаном с трудом достигают таких энергий, поскольку крупные кристаллы, не страдающие от высоких мощностей, склонны к испусканию света под прямыми углами к лучу, таким образом, тратя энергию впустую. Поэтому учёные из проектов SEL, XCELS и OPAL возлагают надежды на оптические параметрические усилители. Они принимают импульс, растянутый дифракционной решёткой, и отправляют его в искусственный нелинейный кристалл, в котором в импульс можно направить энергию второго, накачивающего луча. Повторное сжатие получившегося высокоэнергетического импульса поднимает его энергию.

Одной из возможностей приблизиться к отметке в 100 ПВт будет комбинирование нескольких импульсов – четырёх импульсов по 30 ПВт в случае SEL и десятка импульсов в 15 ПВт в случае XCELS. Но точно наложить импульсы длительностью всего в несколько фс будет «очень, очень сложно», — говорит специалист по лазерам из LNLL Константин Хэфнер. Их может отклонить даже небольшая вибрация или изменение температуры, утверждает он. OPAL же попытается сгенерировать импульс мощностью в 75 ПВт, используя один луч.

Муро видит иной путь для достижения мощности 100 ПВт: добавление второго этапа сжатия импульса. Он предлагает использовать тонкие пластиковые плёнки для того, чтобы расширить спектр импульсов мощностью 10 ПВт, а затем сжать эти импульсы до пары фемтосекунд, чтобы резко увеличить мощность до 100 ПВт.

Когда создатели лазеров достигнут своей цели по мощности, их ждёт другая сложность: очень точная фокусировка лучей. Многие учёные больше внимания уделяют не общей мощности, а интенсивности – мощности на единицу площади. Если достичь более тонкой фокусировки, интенсивность вырастет. Если импульс в 100 ПВт получится сфокусировать на площади размером в 3 мкм, как это планирует сделать Ли на SEL, интенсивность луча в этой области достигнет невероятных 1024 на см2 — это на 25 порядков, или в 10 триллионов триллионов раз больше, чем у солнечного света, достигающего Земли.

Такие интенсивности откроют путь к разрыву вакуума. Согласно теории квантовой электродинамики, описывающей взаимодействие электромагнитных полей с материей, вакуум не такой уж и пустой, как утверждала классическая физика. На чрезвычайно малых масштабах времени пары электронов и позитронов появляются из ниоткуда благодаря неопределённости, присущей квантовой механике. Из-за их взаимного притяжения они почти сразу же аннигилируют друг с другом.

Но очень интенсивный лазер, в принципе, смог бы разделить эти частицы до их столкновения. Как и любая электромагнитная волна, лазерный луч содержит колеблющееся электрическое поле. С увеличением интенсивности растёт и сила электрического поля. При интенсивности порядка 1024 Вт/см2 поле окажется достаточно сильным для того, чтобы начать разбивать взаимное притяжение, действующее между некоторыми из электрон-позитронных пар, как говорит Александр Михайлович Сергеев, бывший директор Института прикладной физики РАН в Нижнем Новгороде, ныне – президент РАН. Лазерное поле встряхнёт эти частицы, заставляя их испускать электромагнитные волны – в данном случае, гамма-лучи. Эти лучи будут генерировать новые электрон-позитронные пары, и так далее, что приведёт к каскаду частиц и излучения, которое можно будет обнаружить. «Это будет совершенно новая физика», — говорит Сергеев. Он добавляет, что энергии гамма-фотонов будет достаточно, чтобы перевести атомы в возбуждённое состояние, и таким образом родится новая ветвь физики, «ядерная фотоника» – использование интенсивного света для управления ядерными процессами.


Усилители OMEGA-EP в Рочестерском университете, подсвеченные импульсными лампами, могли бы подпитывать американский лазер высокой мощности

Один из способов разорвать вакуум – сфокусировать единственный лазерный луч на пустом участке в вакуумной камере. Но легче будет столкнуть два луча, поскольку это повышает значение импульса, необходимого для генерации массы для электронов и позитронов. В SEL будут сталкивать фотоны не напрямую. Сначала импульсы будут выбивать электроны из гелия. Затем другие фотоны из лазерного луча будут отражаться от электронов, и превращаться в высокоэнергетические гамма-лучи. Некоторые из них будут сталкиваться с фотонами луча.

Одна лишь фиксация таких столкновений фотонов станет серьёзным научным достижением. Классическая физика настаивает на том, что два луча света должны проходить друг сквозь друга без сопротивления, но некоторые из ранних предсказаний квантовой электродинамики говорят о том, что сближающиеся фотоны иногда могут рассеиваться друг на друге. «Такие предсказания делались ещё в начале 1930-х, — говорит Том Хейнцл, физик-теоретик из Плимутского университета в Британии. – Было бы неплохо суметь подтвердить их экспериментально».

Кроме изготовления более мощных лазеров, исследователи также хотят, чтобы они стреляли быстрее. Импульсные лампы, накачивающие первичную энергию в лазеры, необходимо охлаждать от нескольких минут до нескольких часов между выстрелами, что усложняет проведение исследований, требующих больших объёмов данных – например, исследование случаев, в которых фотоны превращаются в загадочные частицы тёмной материи, составляющей большую часть массы Вселенной. «Скорее всего, чтобы это увидеть, вам потребуется сделать очень много выстрелов», — говорит Мануэль Хегелих, физик из Техасского университета в Остине.

Более высокая скорость повторения импульсов – ключевой момент использования высокоэнергетических лазеров для управления лучами частиц. В одной из схем интенсивный луч должен превращать металлическую цель в плазму, освобождая электроны, которые в свою очередь выбивают протоны из ядер с поверхности металла. Врачи могли бы использовать такие протоны для уничтожения раковых опухолей – а высокая скорость работы облегчала бы проведение процедур в малых и индивидуальных дозах.

Физики же мечтают об ускорителях частиц, работающих на принципе быстрых лазерных импульсов. Когда интенсивный лазерный импульс сталкивается с плазмой из электронов и положительных ионов, он проталкивает более лёгкие электроны вперёд, разделяя заряды и создавая вторичное электрическое поле, тянущее ионы вслед за светом, будто воду в кильватере катера. Такая «лазерная кильватерная волна» может ускорять заряженные частицы до высоких энергий в пространстве, ограниченном парой миллиметров – по сравнению с многометровыми обычными ускорителями. Таким образом ускоренным электронам при помощи магнитов можно передать вибрацию и создать лазер на свободных электронах (free-electron laser, FEL), создающий исключительно яркие и краткие вспышки рентгеновских лучей, способные освещать кратковременные химические и биологические явления. FEL на лазере мог бы стать куда как более компактным и дешёвым, чем те, что работают на базе обычных ускорителей.

В долгосрочной перспективе электроны, ускоренные быстро повторяющимися импульсами лазера на мощностях порядка ПВт, могут кардинально уменьшить стоимость машины, о которой мечтают физики: 30-километрового электрон-позитронного коллайдера, который должен стать преемником Большого адронного коллайдера в ЦЕРН. Устройство на основе лазера мощностью в 100 ПВт может быть не менее, чем в 10 раз короче и дешевле, чем планируемая сейчас машина стоимостью в $10 млрд, говорит Стюарт Мэнглз, специалист по плазме в Имперском колледже Лондона.

Для линейного коллайдера и FEL потребуется делать тысячи, или даже миллионы выстрелов в секунду, что находится далеко за пределами современной технологии. Одна из возможностей, которую исследуют Муро с коллегами – попытаться скомбинировать выход тысяч быстро выстреливающих волоконных усилителей, которые не нужно накачивать импульсными лампами. Ещё один вариант – заменить импульсные лампы диодными лазерами, которые хоть и дорогие, но могут стать дешевле в массовом производстве.

Пока что группа Ли в Китае, и её соперники в России и США концентрируются на вопросах мощности. Ефим Хазанов, специалист по лазерам из ИПФ, говорит, что XCELS будет готов к 2026 году – если правительство согласиться выделить на него деньги, порядка 12 млрд рублей (около $200 млн). OPAL тем временем кажется сравнительно выгодным вариантом, его стоимость оценивается от $50 до $100 млн, как говорит Зугель.

Но первым лазером, разрывающим вакуум, скорее всего, будет китайский SEL. Международный комитет учёных в прошлом июле описал концептуальный дизайн лазера как «недвусмысленный и убедительный», и Ли надеется получить одобрение от правительства на средства в районе $100 млн уже в этом году. Ли говорит, что другие страны не должны чувствовать, будто они остаются в тени, когда включится самый мощный лазер в мире – поскольку SEL будет работать в качестве международного проекта. Зугель говорит, что ему не нравится «быть на вторых ролях», но признаёт, что позиции китайской группы сильны. «У Китая полно бабок, — говорит он, — и очень много весьма умных людей. Они пока ещё дорастают до множества технологий, но делают это быстро».

Вы можете помочь и перевести немного средств на развитие сайта

Теги:



Комментарии (70):

  1. MetromDouble
    /#10793453 / +11

    Осталось придумать лазеры, способные разорвать такие заголовки

    • hdfan2
      /#10793767 / +4

      А если они ещё смогут отличать «русских физиков» от «российских» (в оригинале просто «из России»), то вообще будет прекрасно.

    • Andy_Big
      /#10793779 / +4

      И такое качество перевода.

  2. Rasato
    /#10793483

    «Импульсные лампы, накачивающие первичную энергию в лазеры, необходимо охлаждать от нескольких минут до нескольких часов между выстрелами, что усложняет проведение исследований».
    В чем проблема сделать своеобразный «миниган» из ламп? Я понимаю, что дилетант в этом вопросе, но очень уж просится такая идея.

    P.S. или установить кучу ламп (например, как освещение на футбольных полях), но стрелять они будут по очереди

    • Neuromantix
      /#10793515 / +1

      В том, что расположение ламп критично — в больших лазерах они обычно полностью окружают АЭ (активный элемент); в том, что сам АЭ должен успевать охлаждаться — иначе мощность и параметры излучения падают; в том, что должны охлаждать конструктивные элементы квантрона; в том, что есть время на зарядку конденсаторов усилителей.

    • KivApple
      /#10793517

      Думаю, что главная проблема — направить их в одну и ту же точку. Небольшие расхождения — и эффект уже не тот.

    • clawham
      /#10793541 / +1

      кроме ламп там ещё куча окружающих материалов нагреваются и там дело не в сотных и тысячах градусов а буквально 10-20 потому что оптические оси должны совпадать с нереальной точностью и потому неодинаковость температур элементов приводит к полной рассогласованности! Но сам факт таких мощностей путь и сверхкооротких — нереальное достижение.

  3. AVI-crak
    /#10793585 / -7

    10 ват непрерывного жёсткого ультрафиолета — пробивает в точке фокуса воздух. Там и гамма и рентген и ещё чёт знает чего сразу автоматом получается. Нафига этим психам 100 ПВт???

    • Gryphon88
      /#10793675

      Я тоже не понял. Пробой вакуума в объёме порядка 200*200*100 мкм можно получить недорого и даже случайно, причём видимом спектре.

      • Wizard_of_light
        /#10793901 / +4

        Эм, вы сейчас случайно не не путаете физический вакуум с техническим? В разреженных газах действительно реально получить оптический пробой, и даже в инфракрасном спектре, но это несколько иной процесс.

    • t2ton
      /#10793739 / +4

      10 Ватт пробивают воздух, потому что воздух — это газ. UV фотоны, обладающие высокой энергией, ионизируют атомы газов (смотрим за что Эйнштейн получил Нобелевку). И это происходит все время. И не только в фокусе 10вт лазера. Озон в высших слоях атмосферы образуется именно так — УФ+кислород. Если фотонов много — вы увидите плазму( отдельно ядро атома, отдельно электроны) в воздухе.
      Прорвать "ничто" гораздо сложнее, ибо в нем ничего нет, что поглощало бы энергию и ионизировалось. Для проверки некоторых квантовых теорий, описывающих постоянное появление "чего-то" из "ничего", но пропадающего очень быстро, и нужны эти мега-лазеры.

  4. Tyusha
    /#10793607 / -1

    Как-то я не поняла. Каким образом они вызовут рождение электро-позитронных пар?! У них же всё равно фотоны оптические! Причём тут мощность?! Огромная мощность — это просто огромное количество низкоэнергетических фотонов, рождению пар это никак не поможет. Для образования пар частиц, нужна большая энергия каждого из сталкивающихся фотонов, при этом их может быть мало (достаточно двух :) ), и общая мощность будет как у карманного фонарика.

    Блин, фотоэффект ещё в школе проходят. Здесь же по сути полная его аналогия.

    • arheops
      /#10793629

      По современным представлением в вакууме постоянно рождаются пары частица-античастица. Потом анигилируют.

      Данный лазер настолько мощный, что давление света откидывает электрон и позитрон друг от друга. Они не успевают аннигилировать в точке возникновения.

      • Tyusha
        /#10793665 / +1

        Я хорошо знаю «современные представления». А вы представляете, сколько актов соударения виртуального электрона должно произойти с оптическими фотонами (2-3 эВ), чтобы ему набрать энергию mc2 равную 500 кэВ! На секунду, представьте фейнмановскую диаграмму. Какое количество у такого процесса вершин! Вероятность указанного процесса «давления» света на электрон, пока он не аннигилировал обратно с позитроном, какая-то вселенски ничтожная. Грубо говоря, квантовая вероятность умножается на 1/137 с каждой последующей вершиной, а вершин… 200 000. Возведите в степень сами.

        Так что не катит.

        • arheops
          /#10793671

          Правильно, вероятность ничтожная, но там 100Птватт в ничтожный момент времени. И неизвестное(но тоже немалое) количество пар в точке фокуса.
          И там не единичное «сдвигание». Просто у конкретной пары позитррон анигилировал с электроном другой пары, который столкнулся с фотонами — и появилась возможность електрон «заметить».

          • Tyusha
            /#10793673

            1/137 в степени 200000, шутя, затыкает за пояс любые пета и прочие ватты, даже не замечая их.

            • arheops
              /#10793747

              Это если количество пар не 137 в степени 200001. А оно, как бы, неизвестно насколько я помню.

              • lostmsu
                /#10793921 / +1

                Число частиц во вселенной вроде бы меньше 10 в 100 по оценкам...

                • arheops
                  /#10793927

                  И что это меняет? Количество виртуальных частиц все равно неизвестно. Вполне может быть и больше.

            • arheops
              /#10793759

              Вообще там вроде как квантовые эффекты из-за приближения к границе неопределенности как по координатам, так и по времени.
              Потому там теория вероятности работает не совсем чисто.

            • DrSmile
              /#10794055

              1/137 в степени 200000, шутя, затыкает за пояс любые пета и прочие ватты, даже не замечая их.
              С одной стороны там 1/137 в 200000 степени, а с другой в каждой вершине может оказаться любой фотон из луча. Если количество фотонов сильно больше количества вершин, это, на минуточку, количество фотонов в степени 200000, что шутя затыкает за пояс фактор 1/137^200000. В общем, комбинаторный взрыв забивает все.

    • Vnuchok
      /#10793645

      Видимо, где-то они нашли лазейку в теории… ну или я тоже ничего не понимаю(((

    • Shkaff
      /#10793741 / +2

      Ну вот тут прям хорошая статья про это. По сути можно сказать, наверное, что фокус меньше неопределенности по координате виртуальных частиц, т.е. лазер "измеряет" частицы, создавая сжатое по координате состояние. Неопределенность импульса увеличивается, т.е. некоторые частицы могут приобрести энергию, достаточную для разлета.

      • Tyusha
        /#10793751 / +1

        Спасибо. Теперь понятно.

    • Elrond16
      /#10793749 / +7

      В нашей научной группе занимаются такими вещами (хоть и не я лично), поэтому попробую ответить.

      Сначала насчет лазерного поля. Оно слишком низкочастотное для КЭД процессов и рассматривается не квантованным образом, а как постоянное поле. В диаграммах Фейнмана взаимодействия электронов с постоянным полем параметром разложения становится eA/m, где A вектор-потенциал, а не постоянная тонкой структуры, как вы пишете ниже. В сильных лазерных полях этот параметр легко можно сделать больше 1, и тогда взаимодействие с полем вообще нельзя рассматривать по теории возмущений. Поэтому используются точные «одетые» пропагаторы для электронов во внешнем поле, и вся КЭД строится не на голых электронах и позитронах, а на одетых (это называется Intense Field QED: arxiv.org/pdf/1507.08512.pdf). В принципе, есть Швингеровский предел (https://en.wikipedia.org/wiki/Schwinger_limit), при котором уже в статическом поле будет рождение пар из вакуума. Но его достичь пока невозможно. Тем не менее, с помощью лазера в 10 ПВт можно реализовать КЭД каскад. Основных процессов здесь два, оба в присутствии внешнего поля. Электрон уже на одном периоде поля разгоняется до релятивистских энергий (десятки-сотни энергий покоя). Релятивистские электроны в присутствии поля излучают гамма-кванты. В свою очередь, гамма-кванты в сильном поле могут распасться на электрон-позитронную пару. Рожденные электроны и позитроны в свою очередь разгоняются полем и излучают новые гамма-кванты, и так далее. Достаточно иметь всего лишь один затравочный электрон, чтобы развить каскад. И численное моделирование показывает, что это должно быть реализуемо уже на установках, которые появятся в ближайшем будущем.

      • Tyusha
        /#10793757 / +1

        Про постоянное поле как-то не подумала, поторопилась. Спасибо.

      • sim2q
        /#10793889

        А могли бы вы прокомментировать мнение, для чего на самом деле нужны эти лазеры вот отсюда: ardelfi.livejournal.com/108461.html

        • Elrond16
          /#10793931 / +1

          Выглядит как бред.

          Никаких антипротонов на лазерной установке получить нельзя (во всяком случае при любых обозримых в будущем мощностях). То, что в задачах XCELS называется «производство материи и антиматерии с помощью излучения», это исключительно про электрон-позитронные пары, а не протон-антипротонные. И то есть большие сомнения, что их реально удастся получить (если вообще XCELS будет когда-то, после кризиса 2014 года это все заглохло).

    • VDG
      /#10794021

      | Как-то я не поняла.
      Статьи надо читать, не зря же их зачем-то пишут после заголовка.

      описание процесса
      Но очень интенсивный лазер, в принципе, смог бы разделить эти частицы до их столкновения. Как и любая электромагнитная волна, лазерный луч содержит колеблющееся электрическое поле. С увеличением интенсивности растёт и сила электрического поля. При интенсивности порядка 1024 Вт/см2 поле окажется достаточно сильным для того, чтобы начать разбивать взаимное притяжение, действующее между некоторыми из электрон-позитронных пар, как говорит Александр Михайлович Сергеев, бывший директор Института прикладной физики РАН в Нижнем Новгороде, ныне – президент РАН. Лазерное поле встряхнёт эти частицы, заставляя их испускать электромагнитные волны – в данном случае, гамма-лучи. Эти лучи будут генерировать новые электрон-позитронные пары, и так далее, что приведёт к каскаду частиц и излучения, которое можно будет обнаружить.

    • AiratGl
      /#10795357

      Фотоэффект может быть и нелинейным, когда 2 фотона низкой энергии обладают в сумме энергией достаточной для переноса электрона на более высокий уровень энергии. Используется например в многофотонной микроскопии.
      Также нелинейные эффекты в кристаллах используются для удвоения частоты в лазерах.
      Так что все далеко не так просто как в школьной физике.

  5. DrZlodberg
    /#10793685

    А можно дурацкий вопрос? Если наложить 2 луча лазера в фазе они складываются, если в противофазе — гасятся. А куда девается энергия, при гашении? Ведь 2 лазера (теоретически) могут полностью погасить друг друга?

    • Tyusha
      /#10793687

      Два лазера не могут быть когерентны между собой.

      • DrZlodberg
        /#10793695 / +1

        Собственно почему? Этого сложно добиться, но никаких физических запретов нет. Вроде бы тут тоже собираются именно так собирать луч из нескольких. Но по сути это не важно. Можно же разделить пучок от одного и собрать потом обратно.

        • Tyusha
          /#10793701 / +1

          В той области, где вы разделяете-собираете пучок всякими полупрозрачными зеркалами, подготавливая такое наложение, и будет сосредоточена энергия излучения.

          • DrZlodberg
            /#10793753

            Об этом не подумал. Благодарю.
            Без зеркал собрать, похоже, не получится :(

      • Shkaff
        /#10793731

        Почему ж нет? Стабилизируйте их относительно друг друга, и будет вам счастье.

        • Karpion
          /#10793887

          Чтобы лучи света полностью складывались или вычитались — надо, чтобы лучи были параллельны и проходили по одной прямой — т.е. лазеры надо ставить или в одном месте, или на одной оси. Если же лучи пересекаются — то будет переменная интерференция (муар).

          • Shkaff
            /#10793899

            в одном месте, или на одной оси.

            Это довольно затруднительно, для лазеров-то — это коробочки такие как-никак, мешаться будут;) Вариант на самом деле один — сбивать их на делителе луча.


            Но вообще речь шла о когерентности как о возможности интерферировать — и тут я не вижу проблем.

    • Shkaff
      /#10793727

      А где вы их "накладываете"? чтобы они проинетрферировали, вам придется как-то их наложить друг на друга, например, делителем луча. А там сразу уж будет куда идти энергии.

      • DnD_designer
        /#10795879

        А где вы их «накладываете»? чтобы они проинетрферировали, вам придется как-то их наложить друг на друга

        Чисто теоретически — с помощью гравитационной линзы складываем два разных луча в один. Так нельзя? Или на гравитационной линзе тоже энергия луча будет рассеиваться?

        • Shkaff
          /#10795925

          Да тоже не получится, как им сложиться в один? Они могут пересечься в одной точке, но не более. Собственно, от закона сохранения энергии никуда не деться:)

  6. Tyusha
    /#10793699

    del

  7. Tarson
    /#10793933

    А в новой Вселенной снова будут задумываться о природе Большого Взрыва.

  8. bagrintsev
    /#10793985 / -5

    А представьте себе, что будет, если у них все таки получится?
    Давление лазерного луча света не дает рождающимся частицам/античастицам соединиться и взаимоуничтожиться.
    Вместо этого частицы разлетаются и ударяют по другим парам частиц/античастиц, также не давая им взаимоуничтожиться.
    Запускается цепная реакция, когда из вакуума лавинообразно возникает чудовищное количество энергии/материи и нет возможности затушить данную реакцию.
    Наша планета и вся солнечная система мгновенно разлетается на кусочки, жители соседних галактик отмечают рождение еще одной сверхновой.
    :)

    • arheops
      /#10794043 / +4

      Простите, а откуда в вашей фантазии возьмется энергия? Ну в луче ладно, вот вышел процесс за границе луча, откуда теперь антиматерия возникает?

    • Serge78rus
      /#10794067 / +2

      Если бы, чисто гипотетически, Вам удалось запустить цепную реакцию из вакуума, то что бы ее ограничило рамками Солнечной системы? Так что Вам, увы, не удалось бы порадовать жителей соседних галактик красивым, но безопасным для них, шоу.

  9. Roger2
    /#10793987 / +1

    А почему их делают «каждый себе», а не «один на всех», как с БАК? :)

    • vassabi
      /#10794057

      1) не вышли на предел дороговизны
      2) не вышли на предел сложности
      (коллайдеры тоже каждый сам себе строили, пока могли)

  10. akurilov
    /#10794003

    Как понимать "разложение лазерного импульса дифракционной решёткой по цветам". Лазерный луч монохроматичен, не?

    • Neuromantix
      /#10794013

      Есть многочастотные и перестраиваемые лазеры.

    • Serge78rus
      /#10794061 / +3

      Короткий импульс не может быть монохромным, чем короче импульс, тем шире его спектр.

    • Elrond16
      /#10794063 / +3

      Нет, если это импульс. Есть фундаментальное свойство преобразования Фурье: чем короче сигнал, тем шире обязан быть его спектр. Типичный лазер имеет длину волны порядка 1 мкм, это 3.3 фс по времени. Длительность импульсов у петаваттных лазеров составляет десятки фемтосекунд, то есть в импульсе всего лишь с десяток колебаний поля. По сути, если остановить время, вы увидите не луч, а маленькое световое пятнышко длиной несколько микрон. Поэтому ширина спектра обычно составляет порядка 100 нм.

      • akurilov
        /#10794215

        Офигеть, целые килоджоули в таком маленьком объёме. Там же плотность энергии такая, что в воздухе такой импульс будет оставлять за собой тоннель с разлетающейся плазмой. Наверное эксперименты в вакууме проводят.

        • Elrond16
          /#10794337 / +1

          Ну все же пока не килоджоули, а десятки, максимум сотни джоулей. Хотя в перспективе будут килоджоули.

          Да, разумеется, все находится в вакуумной камере, причем требования к вакууму довольно серьезные. Если и есть в камере какая-либо газовая струя, то она там именно для экспериментов по взаимодействию лазера с веществом. Если стрельнуть в воздух, лазерный импульс такой интенсивности будет полностью его ионизировать, ускорять в нем электроны и генерировать рентген, и из-за всего этого очень быстро поглотится, на нескольких миллиметрах буквально.

          • vanxant
            /#10796279

            … а если подобрать так, что на миллиметрах импульс не поглотится, может и молнией с небес шандарахнуть, если в облаках накопился заряд.

    • DrSmile
      /#10794075 / +3

      Абсолютно монохроматический луч — он бесконечен по времени и пространству. Любой реальный луч ограничен по обоим этим параметрам и, следовательно, не является идеально монохроматическим. Манипулируя частотными компонентами можно регулировать степень этого ограничения, в данном случае изменять длительность импульса по времени.

      • akurilov
        /#10794207

        Всем спасибо за разъяснения :)

  11. MTyrz
    /#10794139

    другие страны не должны чувствовать, будто они остаются в тени, когда включится самый мощный лазер в мире
    Как звучит!
    Нет, как звучит!

  12. halted
    /#10794717

    если хотят продемонстрировать взаимодействие формулы E=mc2, и получить массу. То получается будет использована формула m=E/c2. То ли я чего-то недопонимаю, то ли научились получать скорость света в квадрате.

    • Ilyasyakubov
      /#10794919

      Не понимаете. Не нужно что-либо разгонять до C^2, это просто число-делитель ;)

  13. Arqwer
    /#10795109

    Собрать сверхмощный лазер, способный разрывать пространство, и использовать его затем для диагностики минерала. Я припоминаю один сюжет который так же начинался. Неужели мы всё-таки дождёмся продолжения?

  14. Naramzu
    /#10795353

    Ждем проект Звезды Смерти от Илона Маска.

    • 8street
      /#10799959

      Вы находитесь здесь, забыли добавить.

  15. viktorchibisov_ST4P
    /#10795355 / -1

    Синтез виртуальных суперчастиц на ускорителях похоже всех разочаровывает. Всё говорит о том, что заканчивается «гонка» на ускорителях и начинается «гонка» на мощных лазерах. Вопрос – куда? Если опустить конъюнктурную составляющую (фабрика гамма-излучения), то по большому счету вопрос тот же самый – как образовалась Вселенная (при Большом взрыве). Наука уже осознала, что в вакууме (вернее в пространстве) сами- собой рождаются масса виртуальных частиц, и что энергетическое воздействие способно материализовать их. «Игра стоит свеч». Расчеты показывают, что в 1 куб. см. пространства содержится 3 тонны (энергии). Вопрос в каком виде, и каким должен быть «технологический» процесс ее материализации. Вариант с виртуальными электрон-позитронными парами конечно имеет «право на жизнь» и его безусловно надо проверить (тем более, что техника уже почти готова). Смущает только возможность образования мощного лазерного излучения при Большом взрыве. Мы в рамках S_теории предлагаем теоретическую схему материализации энергии пространства в процессе облучения виртуальных фотонов пространства мощным магнитным полем, вырвавшемся из лопнувшей сингулярности, имеющей структуры сверхплотного электромагнитного бублика, типа анаполя Зельдовича. В результате данного процесса виртуальные фотоны превращаются в вихри-спирали и вихри-бублики (симплы). В своей работе мы предлагаем физические модели соответствующих процессов образования элементарных частиц из симплов и дальнейшей эволюции Вселенной.