最强激光器 瞬间能量为世界电力总和10万倍

2011年11月16日 07:59
来源：中国科技网

“第四空间”是否存在？

科学家认为，这种极强的激光会将使他们通过分开真空中的虚粒子对，揭示这些粒子对的存在，甚至可以证明是否存在“额外维度”(四维空间是一个时空的概念，是指在空间架构上比我们熟悉的普通三维空间的长、宽、高三个维度又多了一条时间轴)。

从目前的观测看来，我们生活在一个均匀的，各向同性的三维空间加上一维时间，即四维时空中。尚没有证据证明三维空间外的“额外维度”的存在。然而，自上个世纪初以来就有理论物理学家提出“额外维度”存在的可能性。这些额外维度不像我们周围三维空间那样延伸，而是紧缩到小得看不见。

超强激光构造计划(ELI)的项目科研领导，同时也是中心激光装置在牛津郡迪德科特的拉瑟福德·阿普尔顿实验室的负责人，约翰·柯黑尔说：“这种激光比目前世界上最强的激光还要强200倍。借助这种强度的激光，我们开始对之前从未涉及的物理学领域展开了探索。”

超强激光构造计划(ELI)超高场激光器预计在十年内建成，耗资约10亿英镑(约和16亿美元)。虽然该装置安放的位置要到明年才能确定，但包括英国在内的一些欧洲国家都在力争做东道主。

欧盟委员会于今年早些时候已经批准了建造另外三个激光发射器的计划。这将成为ELI计划的一部分，也将成为超高场激光器的原型。建立在捷克、匈牙利和罗马尼亚的激光发射器，每台造价约2亿英镑，预计将在2015年正式启用。超高场激光将由10束激光组成，每束的强度都是原型激光的两倍。因此它能在不到百万兆分之一秒内，产生200拍瓦(1拍瓦=1千万亿瓦特)的能量，该能量比世界电力总和的10万倍还多。

产生巨大能量的每条激光束被储存在一起，便形成了几英尺宽的大型激光束。然后再将大型激光束集中对准一个小点，与阳光透过放大镜的原理相似。该焦点上的极强激光，创造出了就连在太阳中心都不能达到的极端条件。能够分开真空中神秘的物质和反物质粒子，从而使科学家能够探测到这些粒子产生的微小电荷。这些“幽灵粒子对”，通常来讲，在出现后相互抵消对方。但是科学家们认为，通过激光将它们分开，便能够探测到它们。

真空是否真的“空”？

通过发现所谓的暗物质(黑体)，有助于解释为什么宇宙中含有的物质比我们探测到的物质要多得多的这一神秘现象。在宇宙学中，暗物质是指那些不发射任何光及电磁辐射的物质。人们目前只能通过引力产生的效应得知宇宙中有大量暗物质的存在。暗物质存在的最早证据来源于对球状星系旋转速度的观测。现代天文学通过引力透镜、宇宙中大尺度结构形成、微波背景辐射等研究表明：我们目前所认知的部分大概只占宇宙的4%，暗物质占了宇宙的23%，还有73%是一种导致宇宙加速膨胀的暗能量。

德国物理学会会长，激光实验室欧洲网络主席，沃尔夫冈·山德纳说，“我们都知道真空是一种不存在任何物质的空间状态，但似乎即使在绝对的真空中都充满粒子，只不过这些粒子在我们的宇宙中存在的时间极其短暂。”“极强的激光能够把这些粒子分离，延长它们的存在时间。我们还要克服许多挑战才能达到这一目标，但主要是通过增强我们现有的技术，获得所需要的功率。”

科技设备委员会已经将超强激光构造计划(ELI)列为关注重点。该委员会为英国参与的重要科学设施的建设进行投资，其中包括日内瓦欧洲核子研究委员会的“大型强子对撞器”项目。

先进激光技术中心和牛津郡迪德科特拉瑟福德·阿普尔顿实验室的科学家们已经发展了这项技术，该技术为强激光的产生提供了必要条件。英国是超高场激光器的所在地的竞选国之一，但也面临着来自俄罗斯，法国，匈牙利，罗马尼亚和捷克共和国的竞争。

科学家们表示，除了为物理学领域提供了新的视角，超强激光构造计划(ELI)激光器还将应用到医学诊断和癌症的治疗方面。普利茅斯大学理论物理学副教授，托马斯·海因茨博士说道：“超强激光构造计划(ELI)将把我们引向物理学的一个未知领域，沿途中我们可能会发现一些额外的惊喜。”

现有最强激光器在哪？

早在几年前，美国便开始研发世界上最强激光器。据《每日邮报》2009年3月31日报道，美国科学家们当天表示，世界上最强的激光器正秣马厉兵严阵以待。它能模拟生产出太阳炽热核心中的能量。位于加利福尼亚的“国家点火装置”(NIF)有足球场般大小，造价24亿。科学家们希望该激光器最终能够模拟太阳中心的高温和压力。它由192束极强激光组成，所产生的能量超过位居第二的罗切斯特大学的极强激光器产生能量的60倍之多。

实验时，所有激光束都将聚焦在一个小氢球上，用以引发核聚变反应。足够的热度和压力能够将小圆柱形“目标”中的氢原子融合，这样就能释放出比激光束本身能产生的更多的能量。在氢弹爆炸或者是在太阳中心时，会出现这样的反应。科学家们认为有朝一日，能够通过融合原子，而不是分裂它们，得到一种安全、洁净的能量。“国家点火装置”项目总监，爱德华·摩西对于该激光器的成功研制充满信心。

“激光就在那里，目标也在那里，我们已经验证了光学原理。但现在要检验发射过程。我们已经将这些结合在一起，并用激光束射击了目标。如此大规模的实验还前所未有。我们想展现融合能量原理的科学依据。”爱德华·摩西说，“国家点火装置”激光器将被广泛地用于天体物理学的实验当中，首要目的就是帮助政府的物理学家，确保美国的核武器的持续可靠。该强力激光器的计划是在20世纪90年代首次初提出的，当时计划耗资4.8亿英镑(约合7.7亿美元)。它于1997年正式开始建造。”

现在英国拟建造的最强激光器相比较之前美国的激光器，应用将更为广泛，研究领域也更为复杂。最终，这台可以撕裂真空的激光器会“花落谁家”，还将拭目以待。

(中国科技网)