【迈克尔·鲁克|加盟张江大科学装置群，“羲和2号”2025年建成】“羲和1号”（上海超强超短激光实验装置）产生的激光强度可能比十个太阳更“耀眼” ， 而正在建造中的“羲和2号” ， 未来所产生的激光 ， 在某些参数上将接近100个太阳的总和！如此强大的激光 ， 将为人类探索真空的奥秘、掌握正反物质相互作用的规律创造研究条件 。 中国科学院院士李儒新在日前举行的墨子沙龙上 ， 描绘了羲和2号即将带来的美妙科研前景 。
部分参数将接近100个太阳
同步辐射光源、自由电子激光、超强超短激光、粒子对撞机……人类总在不断设法获得更高能量的粒子和更强的光源 ， 以便在实验室中探究宇宙的奥秘 。
目前 ， 位于浦东的张江科学城已初步形成世界最密集的光子科学大装置集群 ， 全面覆盖从太赫兹长波长到伽马射线短波长的各种光源 ， 为前沿科学研究提供全波长的探测服务 。
羲和是中国古代神话中十个太阳的母亲 。 我国自主研发的超强超短激光装置羲和1号 ， 其瞬间功率达到1万万亿瓦 ， 聚焦到10微米后对应的强度 ， 相当于把十个太阳辐射到地球的能量集中到一根头发丝上 。
“正在建造中的羲和2号功率更强大 ， 部分参数将接近100个太阳的总和 。 ”李儒新透露 ， 羲和2号预计到2025年建成 ， 其聚焦后的激光强度有望高达1×1025瓦/平方厘米 ， “如此强大的激光可能会使真空产生扰动 ， 或许可以探测到正反物质相互作用” 。
核电站发电的基本原理基于质能转化定律 ， 由质量产生能量 。 那么 ， 质量能纯粹由能量转化而来吗？就在一个月前 ， 美国布鲁克海文实验室的科学家宣布 ， 他们用重离子加速器将金离子加速到2000亿电子伏特 ， 并使其周边光子云进行对撞 ， 结果发现产生了正反电子对 。
布鲁克海文实验室的结果还只是用虚光子进行对撞 ， 就初步揭开了能量如何直接转换到物质的神秘面纱 。 未来 ， 利用羲和2号装置 ， 科学家计划用实光子直接进行碰撞 ， 从而更好地探究能量到质量转化的奥秘 ， “如果能够掌握正反粒子相互作用的规律 ， 人类或许就能获得更为强大的能源 ， 用以进行星际旅行” 。
未来一间房即可容纳大型强子对撞机
人造激光的强度极限在哪里？理论预测的强度极限是1×1029瓦/平方厘米 。 越过极限会怎样？李儒新认为 ， 从布鲁克海文实验室的实验结果来看 ， 一旦超越极限 ， 能量可能就会转变成物质 。 “静止的光子没有质量 ， 但高能光子对撞产生了有质量的电子 。 那就意味着 ， 在真空中 ， 能量可以产生质量 。 ”他说 ， 这将对宇宙终极奥秘的探究产生巨大影响 。
目前 ， 人类还在努力提升粒子的能量 。 李儒新说 ， 传统方法加速电子 ， 受到击穿电压的限制 ， 无法让粒子能量在很短距离内迅速提升 ， 因此只能靠“长跑”来逐步提升能量 。 比如 ， 欧洲核子中心的大型强子对撞机（LHC） ， 其周长达27公里 ， 而能够将粒子加速到的最大能量仅约0.01PeV（拍电子伏特） 。
最近 ， 天文学家在宇宙粒子中发现了超过1PeV的高能光子 。 “人类想要获得更高能量的粒子 ， 就必须探索新的粒子加速技术 ， 而激光加速是一条非常有希望的道路 。 ”李儒新透露 ， 就在不久前 ， 中科院上海光机所的研究团队在激光驱动等离子体尾波场加速领域取得了突破 ， 获得了高品质电子束 ， 使得这一早在1979年就提出的技术概念 ， 在实用化道路上取得了里程碑式进展 。
“激光加速可以摆脱电压限制 ， 让电子无需漫漫‘长跑’ ， 而以百米冲刺的速度获得极高能量 。 ”他解释说 ， 电子通过激光加速一米 ， 相当于在传统加速器中跑过一公里的效果 ， “加速器体积若可缩小1000倍 ， 即可用一个大厅来容纳LHC” 。 同时 ， 新技术也可使加速器造价更低 。
令人期待的是 ， 这种激光加速新技术还能使电子在能量迅速提升之后 ， 再发出波长更短、品质更高的激光 ， 从而为发展新一代激光光源作准备 。 （记者 许琦敏）
【来源：文汇报】
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