利用強(qiáng)光控制核過程

為獲得高功率，科學(xué)家開始求助于時間域：使脈沖能量持續(xù)的時間更短。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。單個頻率成分則在大多數(shù)脈沖持續(xù)時間內(nèi)相互抵消，但會在僅持續(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大房間里并且只須花費幾千萬美元的設(shè)備，便能打破功率紀(jì)錄的方式。相比之下，NIF的花費達(dá)35億美元，并且需要一座10層高、面積和3個美式足球場相當(dāng)?shù)慕ㄖ铩?/span>

一旦激光器建造者解決了功率問題，另一項挑戰(zhàn)便會到來：將光束帶入異常密集的焦點。很多科學(xué)家更多地關(guān)心強(qiáng)度——每個單位面積的功率，而非總體的拍瓦數(shù)。實現(xiàn)更準(zhǔn)的焦點定位，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——比太陽光線照射地球的強(qiáng)度高出約25個數(shù)量級。

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

不過，原則上，超強(qiáng)激光會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。隨著光束的強(qiáng)度增加，電場的強(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、RAS 現(xiàn)任院長Alexander Sergeev介紹說，在1024瓦特/平方厘米的強(qiáng)度下，電場將強(qiáng)大到足以開始打破一些正負(fù)電子對之間的相互吸引。隨后，激光場會使粒子振動，導(dǎo)致其釋放電磁波——在這種情形下是伽馬射線。反過來，伽馬射線產(chǎn)生新的正負(fù)電子對，以此類推。這產(chǎn)生了可被探測到的粒子和輻射“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，從而推動原子核進(jìn)入激發(fā)態(tài)。這開創(chuàng)了一個名為核光子學(xué)的新的物理學(xué)分支——利用強(qiáng)光控制核過程。