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利用超强超短激光成功产生反物质—杜振武

时间:2016-09-09    点击: 次    来源:联合会    作者:杜振武   - 小 + 大

摘要:最近我根据国家新闻媒体对“中科院上海光机研究所利用超强超短激光成功产生反物质”的零星报道,再参考相关资料,进行综合分析,归纳成这篇文章,供大家参考。 由于这是我国首次报道利用激光产生反物质,很多读者和网友在被“反物质”一词吸引的同时,却忽略了其背后另一个更重大更有意义的成就----我国在“ 超强超短激光”上的一些新的突破。那么什么是“超强超短激光”?许多人第一眼看到“超强超短激光”会对其产生..
 

最近我根据国家新闻媒体对“中科院上海光机研究所利用超强超短激光成功产生反物质”的零星报道,再参考相关资料,进行综合分析,归纳成这篇文章,供大家参考。

由于这是我国首次报道利用激光产生反物质,很多读者和网友在被“反物质”一词吸引的同时,却忽略了其背后另一个更重大更有意义的成就----我国在“ 超强超短激光”上的一些新的突破。那么什么是“超强超短激光”?许多人第一眼看到“超强超短激光”会对其产生误解,“超短”不少人容易把其理解为“距离上的长短”,然而实际上的“短”是指时间的长短。

大功率激光是各国梦寐以求的,因为它能干的事情太多了。如军事爱好者所熟悉的激光武器,还有制造人工可控核聚变所需条件等。耗资数十亿美元的美国“国家点火装置”中的燃料球,他们使用192门激光在十亿分之一秒的时间,同时发射并击中只有铅笔头大小的燃料球,从而引发核聚变。

然而大功率激光并非那么容易产生。并不是说给一个激光设备提供的能量越大,激光的功率就越大。显然单纯地提供大能量以进一步提高激光的功率,现在已经变得很难,而且造价也越发昂贵。众所周知,功率=功时间=Wt.  既然在功上突破很昂贵而且很难,那么我们就从时间上予以突破。显而易见,相同的功,做功时间越短,功率就越大。当时间处于无限小时,功率就会趋于无限大。

      1瓦特(功率)=1焦耳1秒。对于1焦耳的能量来说,如果我们把激光脉冲时间从1秒缩短到0.1秒,那么我们就能得到10瓦的功率。如果从1秒缩短到0.001秒,我们就能得到1000瓦的功率。同理,如果把1秒缩短到1皮秒,我们就可以得到1000 000 000 000瓦的功率(即1万亿瓦)。对于普通大众来说,1万亿瓦的功率已经大到不可思议。然而我国造出的超强超短激光脉冲,在时间尺度上是“飞秒”级别,其功率比上面的1万亿瓦还多出3个零,达到1千万亿瓦的级别。

相信研究激光的业内人士每天说“飞秒”、“阿秒”的次数绝对比很多人说“秒”的次数还要多。为此我们先用一张表格来温故一下时间的量级(附后)。

我国造出的激光脉冲,在时间上达到“飞秒”级,所对应的激光则称之为“飞秒激光”。1千万亿瓦等于1拍瓦(PW),中科院上海光学精密机械研究所(以下简称上海光机所)的激光设备,其功率达到了5拍(PW)瓦。超强超短激光能产生很多极端条件,而这些极端条件只有在恒星内部或黑洞边缘上才能产生。

一.超强的光强    目前,超强超短激光所能获得的最高光强为10ˆ22瓦。这是一个多么大的光强呢?如果我们把地球上接收到的太阳总辐射同时聚焦在一根头发丝粗细的尺度上,所获得的光强也只有10ˆ21瓦1平方厘米。

二.超高的能量密度    超强超短激光目前可以达到3x10ˆ10焦耳立方厘米这相当于在1立方厘米小体积内爆炸20吨TNT炸药。

三.超强的光压    光会产生压力,这就叫光压,也叫辐射压。在科幻中的“太阳帆”,就是以此为    动力的。太阳光产生的光压是很小很小的,但是“超强超短激光”产生的光压几乎是大气压的1万倍。

“超强超短激光”产生的这些极端条件非常有用。其实想一想就明白,各国的粒子加速器,包括耗资巨大的、发现上帝粒子的欧洲大型强子对撞机,他们的目的都是为了制造出极端能量的粒子,迫使粒子加速并对撞,从而借此探索宇宙的奥秘。

而“超强超短激光”可以产生如此多的极端条件,那么 其应用也是相当广泛。例如:“超强超短激光”能产生超强的电场,利用这个电场就可以加速粒子。现在利用激光加速粒子的相关实验,无论是国际上,还是我国的上海光机所等等都在积极进行。中科院上海光机所此次通过实验超强超短激光,同时还产生了他的附产品----反物质,也就是正电子。它有什么用处呢?众所周知,只有当光线从树叶上反射进入我们的眼睛时,我们才能看到那片叶子。而许多航空航天所需要的主要材料,被其生产出来。或使用过以后我们很想了解其内部微观结构、缺陷状态等信息,但又不能破坏材料本身,怎么办?当然就得使用无损探测。

而超强超短激光可以在材料内部制造出反物质,也就是大量的正电子。这些正电子与材料内部的电子发生湮灭,于是电子的全部质量转变成电磁辐射,并以伽马光子射出。检测这些光子,我们也间接地探测到了材料内部结构情况。利用电子湮灭技术可以对材料内部。。进行原子尺度的缺陷和损伤进行探测。

以上只是超强超短激光的两个应用,未来我们也许会发现,它不仅仅限于以上两个应用,根据上海光机研究所所长李儒新研究员在“2015年国际光年报告会”上的介绍,2020年在超强超短激光领域,可能实现以下梦想:产生纳米尺度的光束并应用于显微和储存,基于激光的超精密钟用于测量宇宙基本常数,激光聚变获得较大突破,为人类获取清洁可持续能源迈出一大步。从飞秒激光发展到阿秒激光(脉冲)并以此探测电子的运动和化学反应。

无疑,超强超短激光的应用将会非常广泛,正如美国学术杂志上的一篇分析文章指出:“这项工作将影响到每一项研究,从核聚变到天体物理无所不能。”

目前世界各国正在争相发展。超强超短激光早就成了国际上的研究热点。早在十年前,就有十多个国家和地区的30个科研究机构联合向欧盟提出“极端激光设施计划”,此项计划耗资8.5亿欧元,其目标是200拍瓦的超强超短激光。

正因为各大国都在争相发展此项技术,所以我们有充分的理由相信,未来我们将会陆续听到由它带来的很多新应用。甚至某些领域的革命。此时我曾猜想:技术相当发达的外星高级智慧生物是否已将此项技术应用到宇宙航行器上呢?不是没有这个可能。“世上无难事,只要肯登攀”,我们人类利用此项技术造一艘宇宙飞船去宇宙旅行,也可能在不久的将来梦想成真。

由此可见超强超短激光,它正在昂首阔步前进在人类文明发展的道路上。

以上如有不妥之处敬请各位专家学者予以批评指正,不胜感激。

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