لیزرهای با توان ۱۰۰۰۰۰۰ برابر می‌توانند برای مطالعه‌ی ماهیت جهان به کار روند
در نوامبر ۲۰۲۳، گزارش دادیم که دانشمندانی از بریتانیا و کره جنوبی تکنیکی جدید برای تقویت قدرت لیزر به وسیله‌ی پلاسمای میلیون برابر توسعه دادند. با بهره‌برداری از گرادیان چگالی پلاسما، آن‌ها دریافتند که ترکیب فوتون‌ها به طور چشمگیری شدت لیزر را افزایش می‌دهد.
تیم دریافت که این روش می‌تواند قدرت لیزر را به سطوح اگزوات و زیوتوات از طریق شبیه‌سازی‌های کامپیوتری افزایش دهد، که بسیار فراتر از توانایی‌های فعلی است. در صورت دستیابی، این روش می‌تواند کاربردهایی در فیزیک بنیادی، اخترفیزیک و تحقیقات همجوشی لیزری داشته باشد و ابزارهای جدیدی برای کشف ماهیت ماده و جهان فراهم کند.
تیم شامل محققانی از دانشگاه استراثکلاید ، مؤسسه ملی علم و فناوری اولسان (UNIST)، و مؤسسه علم و فناوری گوانجو (GIST) است که این تکنیک جدید را با استفاده از شبیه‌سازی‌های کامپیوتری توسعه دادند.
روش نوآورانه آن‌ها شامل فشرده‌سازی نور به منظور افزایش شدید شدت آن است، که به آن امکان استخراج ذرات از خلأ را می‌دهد. این با بهره‌برداری از گرادیان در چگالی پلاسما - ماده کاملاً یونیزه - به دست می‌آید.
این فرآیند باعث می‌شود فوتون‌ها مانند خودروهایی که از تپهٔ شیب‌داری بالا می‌روند، به هم بچسبند.
بازی با پلاسما
پلاسما که اغلب به عنوان چهارمین حالت ماده شناخته می‌شود، یک گاز یونیزه شامل الکترون‌ها و یون‌های آزاد است. برخلاف جامدات، مایعات یا گازها، می‌تواند برق را هدایت کند و میدان‌های مغناطیسی ایجاد کند.
“پلاسما می‌تواند نقشی مشابه گریتینگ‌های انکساری سنتی در سیستم‌های CPA ایفا کند، اما ماده‌ای است که نمی‌تواند آسیب ببیند. بنابراین، فناوری CPA سنتی را با افزودن یک [تکنیک ساده] بهبود خواهد بخشید.” پروفسور مین سیپ هور از UNIST در یک بیانیه مطبوعاتی توضیح داد. “حتی با پلاسما به اندازه چند سانتی‌متر، می‌توان لیزرهایی با توان بیش از اگزوات ایجاد کرد.” پروفسور هیونگ سوک از GIST اضافه کرد.
محققان پیشنهاد استفاده از پلاسما را برای ایفای نقشی مشابه گریتینگ‌های انکساری در سیستم‌های تقویت پالس شیبدار (CPA) مطرح می‌کنند. بر خلاف گریتینگ‌های حالت جامد، پلاسمای قوی و مقاوم در برابر آسیب‌های ناشی از شدت بالا است که به آن یک رسانه ایده‌آل برای تقویت قدرت لیزر تبدیل می‌کند.
توانایی افزایش قدرت لیزر به چنین میزان عظیمی دارای تأثیرات گسترده‌ای است. قدرتمندترین لیزرهای دنیا دارای توان اوجی حدود ده پتاوات هستند.
یک لیزر جدید ۲۰ پتاواتی با نام “ولکان ۲۰-۲۰” در آزمایشگاه STFC رادرفورد اپلتون در حال ساخت است. برای درک بهتر، بالای جو زمین تقریباً ۱۷۳ پتاوات نور خورشید دریافت می‌کند که حدود یک سوم آن به سطح می‌رسد.
تکنیک جدید می‌تواند قدرت لیزر را به فراتر از این اعداد شگفت‌انگیز برده و به سطوح اگزوات (۱۰^۱۸ وات) یا زیوتوات (۱۰^۲۱ وات) برسد.
چرا این موضوع اهمیت دارد؟
یکی از سوالات اساسی در فیزیک مدرن درک آنچه است که هنگامی رخ می‌دهد که شدت نور از سطوح رایج در زمین فراتر رود. لیزرهای با توان بالا به دانشمندان ابزارهایی برای کاوش
