利用強(qiáng)光控制核過(guò)程

為獲得高功率，科學(xué)家開始求助于時(shí)間域：使脈沖能量持續(xù)的時(shí)間更短。一種方法是放大鈦摻雜藍(lán)寶石晶體中的光線。此類晶體能產(chǎn)生擁有較寬頻譜的光線。在由反射鏡構(gòu)成的激光器腔室中，這些脈沖被反彈回來(lái)。單個(gè)頻率成分則在大多數(shù)脈沖持續(xù)時(shí)間內(nèi)相互抵消，但會(huì)在僅持續(xù)幾十飛秒的短暫脈沖中相互增強(qiáng)。為這些脈沖提供幾百焦耳能量，將獲得10PW峰值功率。這便是SULF和其他基于藍(lán)寶石的激光器僅利用安裝在一個(gè)大房間里并且只須花費(fèi)幾千萬(wàn)美元的設(shè)備，便能打破功率紀(jì)錄的方式。相比之下，NIF的花費(fèi)達(dá)35億美元，并且需要一座10層高、面積和3個(gè)美式足球場(chǎng)相當(dāng)?shù)慕ㄖ铩?/span>

一旦激光器建造者解決了功率問題，另一項(xiàng)挑戰(zhàn)便會(huì)到來(lái)：將光束帶入異常密集的焦點(diǎn)。很多科學(xué)家更多地關(guān)心強(qiáng)度——每個(gè)單位面積的功率，而非總體的拍瓦數(shù)。實(shí)現(xiàn)更準(zhǔn)的焦點(diǎn)定位，便意味著強(qiáng)度增加。如果100PW的脈沖能被聚焦到直徑僅有3微米的斑點(diǎn)上，那么這一微小區(qū)域的強(qiáng)度將達(dá)到驚人的1024瓦特/平方厘米——比太陽(yáng)光線照射地球的強(qiáng)度高出約25個(gè)數(shù)量級(jí)。

這種強(qiáng)度為打破真空態(tài)提供了可能。根據(jù)描述電磁場(chǎng)如何同物質(zhì)相互作用的量子電動(dòng)力學(xué)理論，真空并非如經(jīng)典物理學(xué)認(rèn)為的那么空。在極端的時(shí)間尺度上，因量子力學(xué)不確定性而誕生的正負(fù)電子對(duì)形成。然而，由于相互吸引，它們幾乎在形成時(shí)便相互抵消了。

不過(guò)，原則上，超強(qiáng)激光會(huì)在粒子碰撞前將其分離。和任何電磁波一樣，激光束也含有電場(chǎng)。隨著光束的強(qiáng)度增加，電場(chǎng)的強(qiáng)度也在提高。俄羅斯科學(xué)院（RAS）應(yīng)用物理研究所前所長(zhǎng)、RAS 現(xiàn)任院長(zhǎng)Alexander Sergeev介紹說(shuō)，在1024瓦特/平方厘米的強(qiáng)度下，電場(chǎng)將強(qiáng)大到足以開始打破一些正負(fù)電子對(duì)之間的相互吸引。隨后，激光場(chǎng)會(huì)使粒子振動(dòng)，導(dǎo)致其釋放電磁波——在這種情形下是伽馬射線。反過(guò)來(lái)，伽馬射線產(chǎn)生新的正負(fù)電子對(duì)，以此類推。這產(chǎn)生了可被探測(cè)到的粒子和輻射“雪崩”。“這將是全新的物理學(xué)現(xiàn)象。”Sergeev表示，伽馬射線光子將擁有足夠強(qiáng)大的能量，從而推動(dòng)原子核進(jìn)入激發(fā)態(tài)。這開創(chuàng)了一個(gè)名為核光子學(xué)的新的物理學(xué)分支——利用強(qiáng)光控制核過(guò)程。