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超強(qiáng)超短激光

超強(qiáng)超短激光,成功產(chǎn)生反物質(zhì)——超快正電子源,這一發(fā)現(xiàn)將在材料的無損探測、激光驅(qū)動正負(fù)電子對撞機(jī)、癌癥診斷等領(lǐng)域具有重大應(yīng)用。

基本信息

  • 中文名:超強(qiáng)超短激光
  • 作用:產(chǎn)生反物質(zhì)
  • 實現(xiàn)國家:中國
  • 應(yīng)用領(lǐng)域:材料的無損探測、癌癥診斷等

意義

正在加載超強(qiáng)超短激光 儀器

對于普通大眾來說,1萬億瓦的功率其實已經(jīng)大到了不可思議。然而,我國造出的超短激光脈沖,在時間尺度上是飛秒級別,其功率比上面的1萬億瓦還要多3個0,達(dá)到了1000萬億瓦的級別。

相信,研究激光的業(yè)內(nèi)人士每天說“飛秒”、“阿秒”的次數(shù)絕對比很多人每天說“秒”的次數(shù)還要多,為此,我們先用一張表格來溫故一下時間的量級:

我國造出的激光脈沖,在時間上短到飛秒級別,對應(yīng)的激光也稱為“飛秒激光”。1000萬億瓦等于1拍瓦(PW),中科院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所(以下簡稱上海光機(jī)所)的激光設(shè)備,其功率達(dá)到了5拍瓦。

產(chǎn)生極端條件

超強(qiáng)超短激光功率如此的大,以至于,它能產(chǎn)生很多極端條件,而這些條件只有在恒星內(nèi)部或是黑洞邊緣才能產(chǎn)生。
一、超強(qiáng)的光強(qiáng)
目前,超強(qiáng)超短激光所能獲得的最高光強(qiáng)為1022瓦/平方厘米。這是一個多大的光強(qiáng)呢?如果我們把地球上接收到的太陽總輻射同時聚焦在一根頭發(fā)絲粗細(xì)的尺度上,獲得的光強(qiáng)也只有1021瓦/平方厘米。
二、超高的能量密度
超強(qiáng)超短激光目前可以達(dá)到3×1010焦耳/立方厘米,這相當(dāng)于是在1立方厘米的小體積內(nèi)爆炸20噸的TNT炸藥。
三、超強(qiáng)的光壓
光會產(chǎn)生壓力,這就是光壓,也叫輻射壓。還在科幻中的“太陽帆”就是以此為動力。太陽產(chǎn)生的光壓很小很小,但是超強(qiáng)超短激光產(chǎn)生的光壓接近大氣壓的1萬億倍。

應(yīng)用

超強(qiáng)超短激光產(chǎn)生的這些極端條件非常有用。其實,只要想一想就能明白,各國的粒子加速器,包括耗資巨大的、發(fā)現(xiàn)上帝粒子的歐洲大型強(qiáng)子對撞機(jī),它們的目的都是為了制造出各種極端能量的粒子,迫使粒子加速并對碰,從而借此探索宇宙的奧秘。
而超強(qiáng)超短激光可以產(chǎn)生如此多的極端條件,那么其應(yīng)用當(dāng)然也是非常廣泛的。
例如,超強(qiáng)超短激光能產(chǎn)生超強(qiáng)的電場,利用這個電場可以加速粒子,現(xiàn)在,用激光加速粒子的相關(guān)實驗,無論是國際上,還是我國的上海光機(jī)所等等,都在進(jìn)行。如果實驗未來獲得突破,那么超強(qiáng)超短激光將會讓未來的各種直線加速器小型化,同時成本降低。
中科院上海光機(jī)所此次還制造出了反物質(zhì),也就是正電子,它有什么用?
眾所周知,只有當(dāng)光子從樹葉上反射并進(jìn)入我們的眼睛時,我們才能看到那片樹葉。而很多航空航天所需要的重要材料,其被生產(chǎn)出來,或者使用過以后后,我們很想了解其內(nèi)部的微觀結(jié)構(gòu)、缺陷狀態(tài)等信息,但又不能破壞材料本身,怎么弄?當(dāng)然得使用無損探測。
而超強(qiáng)超短激光可以在材料內(nèi)部制造出反物質(zhì),也就是大量正電子,這些正電子與材料內(nèi)部的電子發(fā)生湮滅,于是,電子的全部質(zhì)量轉(zhuǎn)變成電磁輻射,并以伽馬光子射出,檢測這些光子,我們也就間接地探測到了材料的內(nèi)部情況。利用正電子湮沒技術(shù)可以對材料內(nèi)部進(jìn)行原子尺度的缺陷和損傷進(jìn)行探測。
以上,只是超強(qiáng)超短激光的兩個應(yīng)用,未來,也許我們會發(fā)現(xiàn),以上只是兩個小應(yīng)用而已。根據(jù)上海光機(jī)所所長李儒新研究員在“2015年國際光年報告會”上的介紹,2020年,在超強(qiáng)超短激光領(lǐng)域,可能實現(xiàn)以下夢想:產(chǎn)生納米尺度的光束并應(yīng)用于顯微和存儲;基于激光的超精密鐘用于測量宇宙基本常數(shù);激光聚變獲得較大突破,人類獲取清潔可持續(xù)能源邁出很大的一步;從飛秒激光發(fā)展到阿秒激光(阿秒脈沖),并以此探測電子的運動和化學(xué)反應(yīng)。
無疑,超強(qiáng)超短激光的應(yīng)用將會非常廣泛,正如美國學(xué)術(shù)雜志《科學(xué)》上的一篇分析文章指出“這項工作將影響每一項研究,從聚變到天體物理?!?/div>
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