最新消息|李儒新：羲和，中国自己的强激光( 六 ) 李儒新：羲和，中国自己的强

根据当时理论计算，“羲和二号”可以对真空造成微弱的影响。它虽然离  （瓦特/平方米）还差了一万倍，但是由于一些涨落的效应，还是可以对真空有所影响。测量如此微弱的效应也十分困难。但因为我们有0.1纳米波长的激光，比常规的微米激光波长小了四个量级。而我们测量的灵敏度跟波长的平方反比，意味着波长小一万倍，我的灵敏度就会提高一亿倍，这才让测量如此微弱的效应成为可能。整体思路也就是用“羲和二号”的光来诱导真空微弱的双折射，然后使用基于加速器的纳米波激光——非常灵敏的探针把它测出来。虚光子的实验已有，希望我们实光子的实验能够获得更多有意思的结果。

文章图片

这是我们实验装置的设计图。这是在真空室当中，很粗的红色光柱就是激光，我们要把它聚焦到五微米左右来诱导真空的双折射。如果这一现象发生了，水平方向的加速器纳米激光光源就能够把它测出来。这将来会是一个地标性的建筑，很漂亮，就在罗山路立交桥的东北角，但需要等到2025年左右才能实现。
“羲和二号”是否是强激光的极限？
如果“羲和二号”已经能看到微弱的真空双折射，是不是我们就到达了激光强度的极限？虽然距离施温格给出的上限还差一万倍，以后我们是否还做更大的激光器？我们一直也在问自己这个问题。最近的理论研究发现，基本上可以认为“羲和二号”已经达到了人类的光强的极限了。因为实际上我们实验室当中能够实现的真空并不完美。激光传播、经过反射镜反射，然后聚焦的过程都会使得材料被电离，因此我们根本做不到完美的没有粒子的真空。哪怕在最佳的真空的条件下，如此大的能量，哪怕是少量的粒子都会导致雪崩效应。所以做更大的激光器其实没有必要了，但可以提高激光器的输出频率和持续输出能力。
“羲和二号”由于它能量很大，现在的技术只能够让它大概两个小时发出一次激光。未来或许可以进一步提高它的重复频率，就可以测更多的现象。但结论还是，我们基本上接近找到了人类可以产生光强的极限。
未来展望
但是今年科学家们在西藏测量到了宇宙中到达地球的PeV（  电子伏特）高能光子。我们想知道宇宙中的什么加速器能够让光子达到这个能量。激光器已经无法达到这样能量的光子了，还是要靠光和带电的粒子的相互作用。在相对论框架下面，带电粒子与光的相互作用能够把等效的光强呈数量级的提升。这样的技术进一步能深入我们人类对更高的光强下的物理的认知。
同时能量转化为质量的过程，这与宇宙的起源相关的一些问题是分不开的。比如宇宙早期正反物质同时被产生，然后湮灭。但今天我们找不到反物质，是什么机制导致了这样的不对称？而我们的实验是一个光子，它会转化为正电子跟负电子，因此就提供了一个很好的实验平台来研究同等数量的正反物质的湮灭过程。在真空中，正反物质产生湮灭的时间窗口是  秒，我们把它叫仄秒。所以我们探测手段要跟得上，能够去测这么快发生的变化，这也会推动我们整个超快科学的发展。
如果我们将来能很好地掌握反物质，也许我们可以把它作为一个能量的来源。霍金当年有一个很好的设想：利用正反物质湮灭产生的能量作为星际航行的燃料。我们设想也许未来我们可以通过激光实现一个反物质的发生器，当然这都是在我们对反物质的认识有进一步深入理解之后。