يجري تشغيل أقوى ليزر في الولايات المتحدة حاليا لإرسال نبضاته الأولى هذا الأسبوع – ما يتيح للباحثين الحصول على مستوى جديد من الإبصار في فيزياء البلازما ومسرعات الجسيمات.
ويُعرف باسم نظام الليزر النبضي الفائق القِصَر المكافئ من Zetawatt (ZEUS)، وهو ينتج نبضة فائقة القِصر وقوية للغاية تبلغ 25 فيمتوثانية فقط، وهي جزء من المليون من الثانية.
ومع زيادة قدرات الليزر، سيمكن استخدامه في النهاية لدراسة بعض أكثر الظواهر غرابة في الكون على نطاق المختبر: في فيزياء انفجار أشعة غاما أو الثقب الأسود.
ويقول عالم الفيزياء الفلكية كارل كروشيلنيك، من جامعة ميتشيغان: “سيكون ZEUS أعلى الليزر بقدرة قصوى في الولايات المتحدة من بين أقوى أنظمة الليزر في العالم”.
ستبدأ ZEUS على النطاق الأصغر ثم تتراكم: ويُعرف الجزء الأول من الليزر المراد تشغيله بالمنطقة المستهدفة العالية التكرار، والتي تستخدم نبضات ذات تردد أعلى ولكن بطاقة أقل.
وستتطلب هذه المرحلة الأولية 30 تيراواط (30 تريليون واط) من الطاقة – كمية رائعة، ولكنها فقط جزء ضئيل مما ستكون ZEUS قادرة عليه في النهاية. وسيتم استخدام قوة الطاقة لدراسة نوع جديد من التصوير بالأشعة السينية.
ومن خلال إرسال نبضات ليزر في الأشعة تحت الحمراء من ZEUS إلى غاز الهيليوم الذي يتحول بعد ذلك إلى بلازما، يريد الباحثون إنشاء نبضات أشعة سينية مدمجة من حزم إلكترونية شديدة الإثارة. ويمكن استخدام نبضات الأشعة السينية هذه كوسيلة دقيقة جدا لتصوير الأنسجة الرخوة.
وبحلول نهاية عام 2023، من المفترض أن تجري ZEUS تجارب واسعة النطاق في المجالات التي تغطي فيزياء الكم وأمن البيانات وعلوم المواد والاستشعار عن بعد والتشخيصات الطبية – بالإضافة إلى دراسة بعض أكثر الأشياء تطرفاً في الفضاء.
وتستخدم إحدى مناطق الليزر ما يُعرف باسم هندسة الشعاع المتصادم، حيث تنقسم نبضة الليزر إلى جزأين: يمكن بعد ذلك استخدام إحدى النبضات لتسريع الإلكترونات في حزمة عالية السرعة يمكن توجيهها بعد ذلك للتفاعل مرة أخرى مع نبضة الليزر الثانية.
وهذا يؤدي إلى محاكاة أقوى مليون مرة من السعة الفعلية التي يمكن أن تنشئها ZEUS بنبضة واحدة فقط.
ويواصل العلماء إحراز تقدم كبير في صنع ليزر أكثر تنوعا واستقرارا وقوة من أي وقت مضى – وهذا يعني أنه يمكن إجراء التجارب على نطاقات أكبر وأكبر.
ويؤكد الفريق الذي يقف وراء تطوير وإطلاق ZEUS أن الليزر متاح للباحثين في جميع أنحاء العالم. ويمكن للعلماء المهتمين باستخدامه تقديم مقترحاتهم للموافقة عليها.
المصدر: ساينس ألرت
