MEPWレーザーは、量子電気力学の探求を支援するために数千万ドルを受け取ります

最近、ミシガン大学の3 PW「ZEUS」レーザーは全米科学財団から1850万米ドルの助成金を受けており、最初の実験は2022年初頭に開始される予定です。 この動きは、米国が高出力レーザー施設の所有者とユーザーのランクに戻るのに役立ちます。

ゼッタワット相当の超短パルスレーザーシステムであるゼッタワット相当の超短パルスレーザーシステムは、最近、超高速光学科学センターに完成しました。センターの所長であるカール・クルシェルニックは、次のように述べています。よりエキサイティングな実験が可能になります。」





■ZEUSのフルパワー3ペタワット（1ペタワットは1兆ワットに相当）のレーザーパルスが電子ビームと衝突し、電子対とその反粒子（真空中の陽電子）を生成します。この実験では、量子電磁力学（QED、光と物質の相互作用を説明する主要な理論）の限界を探ります。 （写真提供者：Steve Alvey /ミシガン大学）



1996年、米国は世界初のペタワットレーザーを製造しましたが、ヨーロッパと中国の2つの10ペタワット（ペタワット）レーザーなど、他の国で構築されているより「野心的な」レーザーシステムと比較することは依然として困難でした。その時。中国で5.3PWレーザーと100PWレーザーが中国で建設される予定でした。この新しいレーザーはそれほど大きなパワーを持っていませんが、3ペタワットの約100万倍の強度のレーザーをシミュレートできます。




米国は1996年に世界初のペタワットレーザーを製造しましたが、ヨーロッパと中国の2つの10ペタワット（ペタワット）レーザーなど、他の国で構築されているより「野心的な」レーザーシステムと比較することは依然として困難でした。中国では5.3PWレーザー、中国では100PWレーザーの製造が計画されています。この新しいレーザーはそれほど大きなパワーを持っていませんが、3ペタワットの約100万倍の強度のレーザーをシミュレートできます。





■ZEUSレーザーパルスを使用して、100億電子ボルトの電子ビームを生成します（写真提供者：Steve Alvey /ミシガン大学）



ZEUSは主に、電子が原子核から離れて荷電ガスと同等の物質を形成する極端なプラズマの研究に使用されます。施設が実施する実験は、宇宙が素粒子レベルでどのように動作するか、ブラックホールがジェットを生成する方法、物質が非常に速い時間スケールでどのように変化するか、それらがどのように使用されるかなど、多くの天体物理現象やその他の問題を理解するのに役立つと期待されています。医療画像および治療用のより小さく、より効率的な粒子加速器。



ZEUS建設プロジェクトマネージャーのFrankoBayer氏は、次のように述べています。アメリカのプラズマ科学コミュニティがUMで長期研究計画を策定できるような技術サポート。」



まず、3つのターゲット領域の1つが、半分のペタワット（つまり、ピーク電力の6分の1）で実験を開始します。レーザーは、毎秒ガスでできたターゲットに1つまたは5つの超短レーザーパルスを発射します。各パルスは20〜25兆分の1秒続き、ガス原子をプラズマに変換します。システムは2年以内に徐々にフルパワーに達し、2023年10月にその象徴的な実験とユーザー操作を開始する予定です。



このデバイスは、最終的にフルパワーのレーザービームを真空チャンバーに送り、そこでレーザービームがガスターゲットに集束され、衝突する電子ビームが反対方向に移動するため、より高出力のペタワットレーザーをシミュレートできます。 2つの違いは、このようなデータからより直感的に理解できます。1ペタワットは1ペタワット、つまり1000000000000000ワット（1の後に15個のゼロ）、ゼータワットは1000000000000000000000ワット（1の後に21個のゼロ）です。 ZEUSという名前もこれに由来しています。電源がいっぱいになると、パルスが毎分表示されます。



ZEUS施設がフル稼働すると、国立科学財団の資金は徐々に増加し、2021年10月から100万米ドル、2025年10月から始まる1年間で550万米ドルを提供します。これは昨年の賞でもあります。 ZEUSは、米国で最も強力なレーザーであることが期待されており、完成後10年以上ユーザーに公開されます。国際的なユーザー施設として、世界中の実験チームが実験のためにU-Mに行くことができます。その際、ユーザーは外部の科学者やエンジニアのチームによって評価される申請計画を提出することができます。実験が承認されると、その後の実験に費用はかかりません。



National ScienceFoundationのPlasmaPhysicsProgramのディレクターであるVyacheslav（Slava）Lukinは、次のように述べています。光と物質の基本的な物理学から、ブラザールのような強力な天体物理学的現象、コンパクトな粒子加速器まで、この施設のユーザーは確実に次のことができるようになります。テクノロジーのフロンティアを押し上げながら、より幅広い物理学を探求します。現象」