يُعرف جهاز الليزر هذا باسم نظام الليزر النبضي شديد القصر المكافئ لاستطاعة زيتا واط (ZEUS اختصاراً)، وهو ينتج نبضة شديدة القصر والقوة خلال 25 فيمتوثانية فقط. والفيمتوثانية هو جزء من الكوادريليون من الثانية [أي 10-15 من الثانية] - أو بعبارة أخرى، مَثلُ الفمتوثانية أمام الثانية كمثل الثانية أمام نحو 31.71 مليون سنة.
NEW ARTICLE: First light soon at the most powerful laser in the US by Kate McAlpine. The ZEUS laser at the University of Michigan has begun its commissioning experiments [article] https://t.co/UUaUnquglm
— Michigan Engineering (@UMengineering) September 15, 2022
دراسة نوع جديد من الأشعة السينية
ويمكن استخدام هذا الليزر في النهاية، في ضوء تنامي قدراته، لدراسة بعض أكثر الظواهر غرابة في الكون ضمن نطاق المختبر، مثلاً فيزياء انفجار أشعة غاما أو الثقب الأسود.
قال عالم الفيزياء الفلكية كارل كروشيلنيك (Karl Krushelnick) من جامعة ميتشيغان: "سيكون نظام ZEUS أعلى ليزر من حيث القدرة القصوى في الولايات المتحدة ومن بين أقوى أنظمة الليزر في العالم".
وسيبدأ نظام ZEUS على نطاق صغير يتنامى مع الوقت. ويُعرف الجزء الأول من الليزر المراد تشغيله بالمنطقة المستهدفة عالية التردد، والتي تستخدم نبضات ذات تردد أعلى بطاقة أقل.
وستتطلب هذه المرحلة الأولية 30 تيراواط (30 تريليون واط) من الطاقة، وعلى أنها كمية مهولة من الطاقة، إلا أنها لا تساوي إلا 1% من قدرة نظام ZEUS في النهاية. وستستخدم هذه الطاقة لدراسة نوع جديد من التصوير بالأشعة السينية.
نظام ZEUS سيتيح دراسة الظواهر الكونية في المختبر
ومن خلال إرسال نبضات ليزر الأشعة تحت الحمراء من ZEUS إلى غاز الهيليوم الذي يتحول بعد ذلك إلى بلازما، يريد الباحثون خلق نبضات أشعة سينية متراصة مكونة من حزم إلكترونية شديدة الهيجان. ويمكن استخدام نبضات الأشعة السينية هذه كوسيلة دقيقة جداً ومضبوطة جداً لتصوير الأنسجة الرخوة.
وبحلول نهاية عام 2023، من المفترض أن يجري ZEUS تجارب واسعة النطاق في المجالات التي تغطي فيزياء الكم وأمن البيانات وعلوم المواد والاستشعار عن بعد والتشخيصات الطبية - بالإضافة إلى دراسة أكثر الأجسام تطرفاً في الفضاء.
وضربت مهندسة الكهرباء والحاسوب لويز ويلنغايل (Louise Willingale) من جامعة ميشيغان مثالاً "النجوم المغناطيسية، وهي نجوم نيوترونية ذات مجالات مغناطيسية قوية للغاية حولها، وأجسام مثل نوى المجرة النشطة المحاطة ببلازما شديدة الحرارة"، وقالت: "يمكننا إعادة إنشاء الفيزياء الدقيقة للبلازما الساخنة في مجالات شديدة القوة في المختبر".
وتستخدم إحدى مناطق الليزر ما يُعرف باسم هندسة الشعاع المتصادم، حيث تنقسم نبضة الليزر إلى جزأين، فتستخدم إحدى النبضات لتسريع الإلكترونات في حزمة عالية السرعة، ثم تُوجّه بعد ذلك للتفاعل مرة أخرى مع نبضة الليزر الثانية.
وهذا يؤدي إلى محاكاة أقوى بمليون مرة من السعة الفعلية التي يمكن أن يشكلها ZEUS بنبضة واحدة فقط.
ويواصل العلماء إحراز تقدم كبير في صنع ليزر أكثر تنوعاً واستقراراً وقوة من أي وقت مضى - وهذا يعني إمكانية إجراء التجارب على نطاقات أكبر وأكبر.
وأكد فريق ZEUS أن الليزر متاح للباحثين من جميع أنحاء العالم. وبإمكان العلماء المهتمين باستخدامه تقديم مقترحاتهم للموافقة عليها.
وقال كروشيلنيك: "إننا نتطلع إلى تنمية مجتمع البحث وإدخال أشخاص بأفكار جديدة لإجراء تجارب وتطبيقات".
ميشيغان نيوز