أعلنت منشأة زيوس في جامعة ميتشجن الأميركية عن تشغيل شعاع ليزر يُنتج قوة مذهلة تبلغ 2 كوادريليون واط في نبضة واحدة، بقدرة تفوق 100 ضعف إنتاج الطاقة الكهربائية العالمية مجتمعة.
ويُعرَف الواط بأنه وحدة قياس القدرة أو الطاقة في الثانية، ولغرض المقارنة، فإن قدرة مصباح كهربي قد تكون 20 واطا مثلا.
لكن هذه الطاقة الهائلة في التجارب لم تدم إلا لفترة فائقة القصر، تساوي حوالي 25 كوينتيليون جزء من الثانية فقط، حسب بيان صحفي رسمي من الجامعة.
عبر الياقوت الأزرق
في التجارب، يتم توليد نبضة ليزرية أولية ضعيفة جدا باستخدام بلورة “تيتانيوم-ياقوت أزرق”، هذه النبضة تكون قصيرة جدا (أقل من جزء من تريليون ثانية) وطاقتها منخفضة جدا ولا تكفي للتجارب.
قبل أن تُضخّم، يتم إبطاء النبضة وتمديدها زمنيا لتصبح أطول بمقدار كبير، لأن تركيز طاقة عالية جدا في زمن قصير يمكن أن يحطم المرايا والعدسات.
بعد ذلك تمر النبضة الممددة عبر عدة مراحل تضخيم باستخدام ليزرات أخرى (تسمى مضخات)، ومع كل مرحلة، يتم زيادة طاقتها تدريجيا دون أن تُكسر أي من مكونات الجهاز.
بعد تضخيمها، تمر النبضة عبر جهاز يُسمى الضاغط، وهذا الجهاز يُعيد النبضة إلى مدتها الزمنية الأصلية القصيرة جدا، لكنها الآن تحمل طاقة هائلة جدا ومركّزة.
وأخيرا، يتم تركيز النبضة بواسطة عدسات خاصة بحيث تصبح ضيقة جدا (أقل من ميكرون واحد عرضا)، وهذا ما يرفع قدرة الذروة إلى مستويات بيتاواط (كوادريليون واط).
ولغرض التقريب، تخيل أنك سكبت الماء دفعة واحدة في خرطوم صغير، هنا قد ينفجر هذا الخرطوم، لذا يمدد العلماء النبضة (كأنك تجعل الماء ينساب ببطء)، ثم يرفعون طاقتها، ثم يضغطونها فجأة في النهاية لتخرج كشعاع فائق القوة.
خلال الهيليوم
وفي التجارب، أطلق العلماء نبضة ليزر قوية جدا داخل خلية صغيرة مملوءة بغاز الهيليوم. هذه النبضة حوّلت الغاز إلى بلازما، وهي حالة من المادة تكون فيها الإلكترونات حرة الحركة (ليست مرتبطة بالذرات).
وعندما تتحرك النبضة في البلازما، تزيح الإلكترونات عن طريقها، فتتشكل خلفها موجة ضخمة داخل البلازما، هذه الموجة تشبه الموجات التي يتركها قارب سريع خلفه في الماء.
بعد ذلك، تركب الإلكترونات القريبة هذه الموجة كما يركب المتزلجون على الأمواج، فتندفع إلى الأمام بسرعة هائلة وتكتسب طاقة عالية جدا.
والنتيجة أن التجربة أنتجت حزمة من الإلكترونات بطاقة قد تصل إلى 5-10 أضعاف ما كانوا يحققونه سابقا في المختبر نفسه.
خطط مستقبلية
ويخطط العلماء حاليا لتطوير ليزر زيوس ليصبح أقوى، عن طريق تركيب بلورة “سافير” ضخمة جدا، هذه البلورة تحتاج إلى 4.5 سنوات للنمو بشكل مثالي لأنها كبيرة جدا ودقيقة جدا، وبعد تركيبها، سيصل الليزر إلى قوة 3 كوادريليونات واط.
ويخطط العلماء في التجارب التالية لإطلاق حزمة من الإلكترونات بسرعة عالية جدا، وفي الوقت نفسه، سيُطلق شعاع ليزر قوي جدا من الاتجاه المعاكس ليصطدم بهذه الإلكترونات.
من وجهة نظر الإلكترونات، سيبدو الأمر وكأنها تتعرض إلى نبضة ليزر بقوة زيتاواط (مليون كوادريليون واط)، وهو مستوى قوة لا يمكننا الوصول إليه مباشرة على الأرض.
هذه التجربة ستساعد العلماء على فهم فيزياء الكون تحت ظروف شديدة التطرف، مثل تلك الموجودة قرب الثقوب السوداء والنجوم النيوترونية.
تطبيقات متنوعة
وحتى قبل الوصول إلى تلك القدرات الكبيرة، يمكن لليزر زيوس أن يكون متنوع الاستخدامات، حيث يمكن أن يمثل منصة لإطلاق أشعة إكس ليزرية قصيرة للغاية، تفتح الباب أمام تصوير داخلي دقيق جدا للأعضاء (مثل سرطان الثدي) باستخدام جرعات أقل من الإشعاع.
كما يمكن أن يساعد هذا النوع من الليزر في تجارب الضغط والتسريع المدفوعة بالبلاز، والتي تسمح بدراسة كيفية تشكّل المادة تحت ظروف قاسية كما في قلب النجوم أو المادة المضغوطة.
وبالطبع هناك فرصة للاستخدام الأمني والعسكري لهذا النوع من الليزر، حيث يمكنه إنتاج أشعة قوية جدا تخترق المواد وتكشف تركيبتها، وقد يساعد ذلك في التعرف على المتفجرات أو الأسلحة الكيميائية أو النووية المخفية في الحاويات أو الأمتعة، كما أن بعض الدراسات تهدف إلى استخدام الليزرات فائقة القوة كوسيلة لتعطيل أجهزة إلكترونية معادية أو صد الصواريخ.
في النهاية فإن ليزر زيوس ليس سلاحا بحد ذاته، لكنه أداة علمية يمكن أن تساعد في التطوير الدفاعي بطرق عديدة.
