竟能從能量憑空創造物質！中國為何能在超強激光領域做到世界第一？

導語：激光具有極大的應用潛力，無論是軍用還是民用，各個國家在激光領域的研究已經在如火如荼的進行，競爭異常激烈，不過在這一領域，中國似乎已經處於絕對領先的國際地位，這無疑是令人驕傲的。

激光能在激光材料(氣體、晶體或半導體)中激發電子，以特定的長度產生密集的光子束。當這些被激發的電子落回到原來的基態中時，光子就能被釋放出來。這些發射的光子會進一步激發其他的電子，產生一個電子激發和光子釋放(抽運機制)的指數循環周期，從而產生了激光。自從1960年激光被發明以來，科學家們已經製造出了越來越多異常強大的激光。

圖|一個位於上海的激光器:它打破了功率記錄,卻小到可以放在桌子上

物理學家李汝莘博士和他的團隊在上海超強激光設施製造廠(SULF)開展研究，試圖製造出一種世界上最強大的激光。在2016年，他們已經開發出了一種摻雜了鈦的藍寶石激光器，其功率達到了驚人的5.3千兆瓦(1萬億= 1 peta)。高功率（其功率達到兆瓦）激光往往能在短時間內發射光子，這個時間通常可在數萬億秒分之一內。到2018年底，李汝莘的團隊將嘗試建造10兆瓦激光器，一旦建造成功，他們就能打破自己的記錄，這相當於全世界發電量的1000倍。他的團隊打算在2023年之前建造一種功率最高可達到100兆瓦的激光器，稱為極光站(SEL)，他們將在地下室中試驗此激光的超級脈衝。

事實上，在這種情況下，100兆瓦激光器的標的物將承受著極高的壓力和溫度，這是地球上任何地方都無法做到的。這種超級激光器最有前景的應用之一是便是在高能粒子中的使用——人們不必再建造昂貴的長達幾英里的隧道(如CERN)對粒子進行加速，只需運用激光器便能加速亞原子粒子。

這個100兆瓦的超強激光器最令人振奮的應用就是它能在真空狀態下將電子和它的反物質——正電子完美地分裂出來。這項試驗基於著名的愛因斯坦的質能方程E=mc^2，它是展示物質和能量可進行互換的性質的完美例子。在裂變反應中，少量物質就能轉化成巨大的能量，反之亦然，如果能量足夠大，物質就可以產生。宇宙是在大爆炸時從能量中以同樣的方式產生出來的。但是，在實驗室環境下，從能量中形成物質比自然狀態下困難得多。然而，最近的一項發現表明，在地球上的閃電襲擊中，物質和反物質粒子會形成並相互湮滅。

斯坦福大學(Stanford University)的原子物理學家菲利普?巴克斯鮑姆(Philip Bucksbaum)表示，中國在建造超級激光器（100兆瓦激光器）上處於絕對領先的地位。然而，由於其在醫學、天體物理學和材料科學領域的應用潛力，世界各地的競爭正逐漸升溫。但是，因為缺乏資金，美國在建設未來的超級兆瓦激光器方面已經稍顯落後。美國的國家科學、工程和醫學研究小組都呼籲能源部至少資助一個大功率激光設備，紐約的羅徹斯特大學計劃建造一個75兆瓦的激光器，稱為光學參量放大器(OPAL)。

圖|LHN Vignette –位於德克薩斯的Petawatt激光器

事實上，在真空中製造粒子這一科學領域方面，最強有力的競爭者是中國的SEL。一些國際科學家對SEL的設計非常滿意，他們希望中國政府能儘快批准撥款的下發（大約為1億美元）。到那個時候，SEL將在李博士的名義下作為一個國際設施投入使用。

總之，在高功率激光的研究之路上，任何國家都不應該缺席。

編輯 | 褚茗帆

審校 | Soybean

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