Cel mai puternic laser creat vreodată a fost inaugurat recent la Osaka University din Japonia. În cadrul proiectului LFEX (Laser for Fast Ignition Experiments) s-a reuşit obţinerea unui fascicul laser având o putere de vârf de 2.000 de trilioane de wați sau de 2 petawaţi (2 PW = 2×10^15 W) pentru o perioadă de timp incredibil de scurtă, de aproximativ o miime de miliardime de secundă sau o picosecundă.

LFEX este doar unul dintr-o serie de lasere de mare putere care au fost construite în întreaga lume, de la National Ignition Facility din California, la CoReLS din Coreea de Sud şi Vulcan din cadrul Rutherford Appleton Laboratory – Marea Britanie. (N.t. Se poate menţiona şi Proiectul Petal – Petawatt Aquitaine Laser în cadrul căruia s-a inaugurat recent un laser având o putere de 1,2 petawaţi).

National Ignition Facility

National Ignition Facility. Credit: Damien Jemison/LLNL, CC BY-SA

Cel mai ambiţios proiect în acest sens este Extreme Light Infrastructure, adică o colaborare internaţională dedicată construirii unui laser de 10 ori mai puternic decât LFEX. (N.t. ELI-NP – Extreme Light Infrastructure-Nuclear Physics este un centru de cercetări din domeniul fizicii nucleare care va fi construit la Măgurele şi care face parte din proiectul european ELI. În cadrul acestuia se va construi un sistem laser având o putere de 2×10 petawaţi).

Care este însă motivul pentru care oamenii de ştiinţă din toată lumea construiesc aceste bijuterii ale tehnologiei optice și electronice? Cum au fost convinşi politicienii să aloce fonduri pentru cercetare în vederea susţinerii acestor proiecte enorme?

Recrearea Universului timpuriu

Prin intermediul laserelor oamenii de știință pot recrea unele condiţii extreme cum ar fi cele din atmosfera stelelor, inclusiv a Soarelui sau din nucleul planetelor gigant, cum ar fi Jupiter. Când aceste lasere de mare putere interacţionează cu materia obișnuită, aceasta se vaporizează instantaneu, ceea ce duce la apariţia unui gaz ionizat extrem de fierbinte și dens pe care oamenii de ştiinţă îl denumesc plasmă. Această stare extremă a materiei este foarte rară pe Pământ, dar ea este foarte frecventă în spațiul cosmic. Se crede că aproape 99% din materia obișnuită din Univers se află în stare de plasmă.

Laserele de mare putere le permit cercetătorilor să creeze replici de mici dimensiuni ale acestor stări extreme și ale unor obiecte din Univers, astfel încât acestea pot fi studiate într-un mod controlat în condiţii de laborator. Într-un fel, aceste lasere ne permit să călătorim înapoi în timp, deoarece ele pot recrea condițiile din Universul timpuriu, la doar câteva momente după Big Bang. Aceste medii extrem de dense și fierbinți, pe care doar laserele foarte puternice le pot crea, ne-au învățat deja o mulțime de lucruri despre evoluția Universului și starea actuală a acestuia.

Noile lasere nu sunt interesante doar pentru contribuția lor la cercetarea teoretică, acestea sunt, de asemenea, cruciale în vederea realizării unor aplicații practice. Printre aceste aplicaţii se numără cele destinate obţinerii unor surse de energie alternativă și curată sau cele din domeniul medical. LFEX a fost construit în principal pentru cercetarea procesului de fuziune nucleară.

LFEX - Osaka UniversityLFEX – Osaka University. Osaka University

Spre deosebire de fisiunea nucleară, fuziunea nucleară nu generează deșeuri radioactive. În acest fel combustibilii de fuziune sunt mult mai ușor de stocat și de manipulat. Se poate folosi în acest sens apa de mare și litiul, acestea fiind oarecum mai la îndemână şi mai uşor de obţinut decât uraniul.

Fuziunea nucleară este cea care creează și susține energia uriaşă a stelelor, dar este nevoie de o energie mare pentru a iniția reacția în lanț. Laserele de mare putere, cum ar fi LFEX, sunt cele care ar trebui să poată asigura această energie. De fapt, rezultatele preliminare sunt încurajatoare, din moment ce în cadrul unui experiment de la US National Ignition Facility s-a reușit să se genereze în acest fel mai multă energie din combustibil în comparație cu energia consumată pentru aprinderea acestuia.

Cercetări din fizica particulelor

Laserele de mare putere sunt, de asemenea, extrem de atrăgătoare şi pentru că ele reprezintă o alternativă mult mai compactă și mai ieftină pentru marile acceleratoare de particule, cum ar fi CERN, care măsoară mai mulți kilometri în lungime. Acceleratoarele de particule bazate pe laser pot genera raze X de ultra-înaltă calitate astfel încât nu mai este nevoie să se utilizeze radioizotopi medicali produși în reactoarele nucleare. Accelerarea prin laser asigură raze X ce pot fi apoi folosite pentru a se obţine imagini de înaltă rezoluţie ale țesuturilor biologice cu ajutorul unor dispozitive cu adevărat compacte și ieftine.

De asemenea, cercetătorii studiază în prezent utilizarea fasciculelor de ioni pentru tratamentul cancerului. Până în prezent această tehnică a fost mai puţin utilizată datorită costului și dimensiunii acceleratoarelor convenţionale. Terapia cancerului pe bază de laser poate fi accesibilă unui număr mult mai mare de spitale, astfel încât această tehnică eficientă de tratare a cancerului poate fi aplicată unui număr mult mai mare de pacienţi.

În concluzie, chiar dacă LFEX poate furniza un fascicul laser de mare putere doar pentru o scurtă perioadă de timp, noul laser nu este un capriciu extravagant, ci reprezintă un important pas înainte în vederea aplicării tehnologiei laser într-o gamă tot mai largă de discipline, de la lumea aparent abstractă a unui Univers timpuriu până la aplicaţiile reale care oferă instrumentele necesare pentru a diagnostica boli sau pentru a lupta cu cancerul.

Traducere după World’s most powerful laser is 2,000 trillion watts – but what’s it for?