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用激光“撕裂真空”看清宇宙真相

发布时间:2019-11-23  来源:文汇报

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  得益于摘得2018年诺贝尔物理学奖的“啁啾脉冲放大”技术,科学家正让激光从“超快”走向“超强”。目前人类已知的能级最高的超强超短激光,是中国科学院上海光学精密机械研究所的羲和激光装置,它的输出功率是10拍瓦(1拍瓦=10的15次方瓦)。在日前举行的东方科技论坛上,上海交通大学激光等离子体教育部重点实验室主任钱列加表示,其课题组发明了一种放大激光能级的新方法,该方法可让单束激光输出功率达10-100拍瓦,具备了“撕裂真空”的最低要求。

  根据量子电动力学,真空并非如经典物理认为的那么空,而是由密集的、成对的物质和反物质组成,填满了每个物体的空隙,它们只是不以显而易见的方式与宇宙中其他物体相互作用,因为它们相互抵消。如果我们能通过某种方式把充满在空间中的物质、各种辐射和引力波全都移除,就能发现存在于空间的少量固有能量。因此,“撕裂真空”被认为可以解答宇宙中一些最根本的问题,但是“撕裂真空”需要极其巨大的能量。

  激光被认为是“撕裂真空”的能量源之一。1985年,当时还在美国罗切斯特大学的莫罗教授及其研究生斯特里克兰提出飞秒激光的啁啾脉冲放大(CPA),使激光峰值功率产生了多个数量级的跃升。这些超短超强激光可在实验室创造大到高能天体、小到原子核内部的高能量密度环境,是探索极端物质状态下科学未知的研究最前沿,也是支撑激光聚变等战略高技术研究的大科学设施。莫罗、斯特里克兰凭借这项技术,与另一位美国科学家分享了2018年诺贝尔物理学奖。

  然而,过去20年间,强激光的峰值功率并没有发生显著变化。钱列加说,他的课题组发明的方法名叫准参量啁啾脉冲放大(QPCPA),该方法具备两项标志性进展。一是提出“准参量非线性”新概念,这是一种放大能力大幅超过CPA的方法;二是提出可在信号带宽内滤除噪声的“带内滤波”新原理方法,有望解决长期制约强场作用效果的超高对比度问题。

  “这将是一个诺奖级的发明。”在场的同行这样评价,因为激光强度的每一次飞跃,都会对物理学的本质问题产生深远的影响。对此,钱列加谦虚表示,课题组是在CPA方法的基础上,将超强超短激光的边界向前推进了一步。(记者 沈湫莎)

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