超強(qiáng)超短激光，成功產(chǎn)生反物質(zhì)——超快正電子源，這一發(fā)現(xiàn)將在材料的無損探測、激光驅(qū)動(dòng)正負(fù)電子對撞機(jī)、癌癥診斷等領(lǐng)域具有重大應(yīng)用。

中文名

超強(qiáng)超短激光

作用

產(chǎn)生反物質(zhì)

應(yīng)用領(lǐng)域

材料的無損探測、癌癥診斷等

實(shí)現(xiàn)國家

中國

意義

超強(qiáng)超短激光 儀器

對于普通大眾來說，1萬億瓦的功率其實(shí)已經(jīng)大到了不可思議。然而，我國造出的超短激光脈沖，在時(shí)間尺度上是飛秒級別，其功率比上面的1萬億瓦還要多3個(gè)0，達(dá)到了1000萬億瓦的級別。

相信，研究激光的業(yè)內(nèi)人士每天說“飛秒”、“阿秒”的次數(shù)絕對比很多人每天說“秒”的次數(shù)還要多，為此，我們先用一張表格來溫故一下時(shí)間的量級：

我國造出的激光脈沖，在時(shí)間上短到飛秒級別，對應(yīng)的激光也稱為“飛秒激光”。1000萬億瓦等于1拍瓦（PW），中科院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所（以下簡稱上海光機(jī)所）的激光設(shè)備，其功率達(dá)到了5拍瓦。[1]

產(chǎn)生極端條件

超強(qiáng)超短激光功率如此的大，以至于，它能產(chǎn)生很多極端條件，而這些條件只有在恒星內(nèi)部或是黑洞邊緣才能產(chǎn)生。一、超強(qiáng)的光強(qiáng)目前，超強(qiáng)超短激光所能獲得的最高光強(qiáng)為1022瓦/平方厘米。這是一個(gè)多大的光強(qiáng)呢？如果我們把地球上接收到的太陽總輻射同時(shí)聚焦在一根頭發(fā)絲粗細(xì)的尺度上，獲得的光強(qiáng)也只有1021瓦/平方厘米。二、超高的能量密度超強(qiáng)超短激光目前可以達(dá)到3×1010焦耳/立方厘米，這相當(dāng)于是在1立方厘米的小體積內(nèi)爆炸20噸的TNT炸藥。三、超強(qiáng)的光壓光會產(chǎn)生壓力，這就是光壓，也叫輻射壓。還在科幻中的“太陽帆”就是以此為動(dòng)力。太陽產(chǎn)生的光壓很小很小，但是超強(qiáng)超短激光產(chǎn)生的光壓接近大氣壓的1萬億倍。

應(yīng)用

超強(qiáng)超短激光產(chǎn)生的這些極端條件非常有用。其實(shí)，只要想一想就能明白，各國的粒子加速器，包括耗資巨大的、發(fā)現(xiàn)上帝粒子的歐洲大型強(qiáng)子對撞機(jī)，它們的目的都是為了制造出各種極端能量的粒子，迫使粒子加速并對碰，從而借此探索宇宙的奧秘。而超強(qiáng)超短激光可以產(chǎn)生如此多的極端條件，那么其應(yīng)用當(dāng)然也是非常廣泛的。例如，超強(qiáng)超短激光能產(chǎn)生超強(qiáng)的電場，利用這個(gè)電場可以加速粒子，現(xiàn)在，用激光加速粒子的相關(guān)實(shí)驗(yàn)，無論是國際上，還是我國的上海光機(jī)所等等，都在進(jìn)行。如果實(shí)驗(yàn)未來獲得突破，那么超強(qiáng)超短激光將會讓未來的各種直線加速器小型化，同時(shí)成本降低。中科院上海光機(jī)所此次還制造出了反物質(zhì)，也就是正電子，它有什么用？眾所周知，只有當(dāng)光子從樹葉上反射并進(jìn)入我們的眼睛時(shí)，我們才能看到那片樹葉。而很多航空航天所需要的重要材料，其被生產(chǎn)出來，或者使用過以后后，我們很想了解其內(nèi)部的微觀結(jié)構(gòu)、缺陷狀態(tài)等信息，但又不能破壞材料本身，怎么弄？當(dāng)然得使用無損探測。而超強(qiáng)超短激光可以在材料內(nèi)部制造出反物質(zhì)，也就是大量正電子，這些正電子與材料內(nèi)部的電子發(fā)生湮滅，于是，電子的全部質(zhì)量轉(zhuǎn)變成電磁輻射，并以伽馬光子射出，檢測這些光子，我們也就間接地探測到了材料的內(nèi)部情況。利用正電子湮沒技術(shù)可以對材料內(nèi)部進(jìn)行原子尺度的缺陷和損傷進(jìn)行探測。以上，只是超強(qiáng)超短激光的兩個(gè)應(yīng)用，未來，也許我們會發(fā)現(xiàn)，以上只是兩個(gè)小應(yīng)用而已。根據(jù)上海光機(jī)所所長李儒新研究員在“2015年國際光年報(bào)告會”上的介紹，2020年，在超強(qiáng)超短激光領(lǐng)域，可能實(shí)現(xiàn)以下夢想：產(chǎn)生納米尺度的光束并應(yīng)用于顯微和存儲；基于激光的超精密鐘用于測量宇宙基本常數(shù)；激光聚變獲得較大突破，人類獲取清潔可持續(xù)能源邁出很大的一步；從飛秒激光發(fā)展到阿秒激光（阿秒脈沖），并以此探測電子的運(yùn)動(dòng)和化學(xué)反應(yīng)。無疑，超強(qiáng)超短激光的應(yīng)用將會非常廣泛，正如美國學(xué)術(shù)雜志《科學(xué)》上的一篇分析文章指出“這項(xiàng)工作將影響每一項(xiàng)研究，從聚變到天體物理?！?/p>