密歇根大學(xué)ZEUS激光設(shè)施近期通過(guò)首次2拍瓦（2千萬(wàn)億瓦）實(shí)驗(yàn)，使美國(guó)最強(qiáng)激光峰值功率實(shí)現(xiàn)翻倍突破。這種瞬間功率雖僅持續(xù)25阿秒（百億億分之一秒），卻超過(guò)全球電網(wǎng)總功率的百倍以上。

ZEUS所屬的Gérard Mourou超快光學(xué)科學(xué)中心主任Karl Krushelnick表示："這標(biāo)志著美國(guó)高場(chǎng)強(qiáng)科學(xué)正式踏入未知疆域"，該設(shè)施除等離子體與量子物理研究外，其成果還將惠及醫(yī)療、國(guó)家安全等八大領(lǐng)域。作為開(kāi)放型科研平臺(tái)，ZEUS已吸引全球22個(gè)機(jī)構(gòu)的58名科學(xué)家提交實(shí)驗(yàn)方案。

首輪2拍瓦實(shí)驗(yàn)負(fù)責(zé)人、加州大學(xué)歐文分校Franklin Dollar教授解釋道："ZEUS的獨(dú)特之處在于能將激光分解為多束獨(dú)立光源"，其團(tuán)隊(duì)正致力于產(chǎn)生相當(dāng)于百米級(jí)粒子加速器的電子束能量，這將是該設(shè)施歷史記錄的5-10倍突破。

圖片:the-us-has-a-new-most-powerful-laser-target-area-1.jpg

John Nees（左）和激光工程師 Paul Campbell（右）在目標(biāo)區(qū)域 1 工作，第一個(gè) 2 拍瓦用戶(hù)實(shí)驗(yàn)將在那里進(jìn)行。ZEUS 現(xiàn)在是美國(guó)最強(qiáng)大的激光器

實(shí)驗(yàn)核心在于創(chuàng)新設(shè)計(jì)的雙激光協(xié)同系統(tǒng)：一束構(gòu)建引導(dǎo)通道，另一束實(shí)現(xiàn)電子加速。項(xiàng)目首席工程師Anatoly Maksimchuk透露，團(tuán)隊(duì)通過(guò)延長(zhǎng)氦氣靶室長(zhǎng)度，使激光脈沖在等離子體中形成更持久的"尾波場(chǎng)加速"效應(yīng)——當(dāng)電子追趕減速的激光脈沖時(shí)，如同沖浪者緊貼快艇尾流，獲得持續(xù)動(dòng)能加速。

今年晚些時(shí)候，ZEUS將迎來(lái)標(biāo)志性實(shí)驗(yàn)：加速電子與逆向激光脈沖對(duì)撞。在電子參照系中，3拍瓦激光將等效于澤瓦（十萬(wàn)億億瓦）級(jí)脈沖，這正是"澤瓦等效超短脈沖系統(tǒng)"名稱(chēng)的由來(lái)。NSF物理部主任Vyacheslav Lukin指出，該突破將推動(dòng)癌癥治療等醫(yī)療技術(shù)的革新。

這個(gè)占地僅體育館大小的設(shè)施內(nèi)，藏著多項(xiàng)黑科技：直徑30厘米的鈦藍(lán)寶石晶體作為核心放大器，全球存量屈指可數(shù)；8微米厚（不及打印紙1/10）的脈沖壓縮技術(shù)，使能量密度突破極限。項(xiàng)目總工程師John Nees強(qiáng)調(diào)，中型設(shè)施的靈活性使其能快速響應(yīng)科研新思路。

從300太瓦到3拍瓦的升級(jí)之路充滿(mǎn)挑戰(zhàn)：歷時(shí)四年半打造的鈦藍(lán)寶石晶體、真空室內(nèi)分子殘留導(dǎo)致的碳沉積問(wèn)題，都曾讓團(tuán)隊(duì)如履薄冰。自2023年10月啟用至今，ZEUS已完成11項(xiàng)前沿實(shí)驗(yàn)，未來(lái)一年將在持續(xù)升級(jí)中向全功率邁進(jìn)。正如NSF所言，這個(gè)"國(guó)家科研重器"正重新奪回美國(guó)在強(qiáng)激光領(lǐng)域的主導(dǎo)地位。

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