Tạo ra tia laser 'khủng' tương đương rọi toàn bộ ánh Mặt trời trên Trái đất vào một tế bào

Các nhà nghiên cứu đã tạo ra các xung cường độ cao bằng cách sử dụng tia laser (trong ảnh) tại Trung tâm Khoa học Laser tương đối tính (CoReLS) ở Hàn Quốc. Ảnh: CoReLS

Theo trang Daily Mail, các nhà nghiên cứu tại Hàn Quốc đã tạo ra được chùm tia laser cường độ cao nhất từ trước đến nay, đo được 1023 watt trên một cm2 (tức 1023 W/cm2). Họ có thể tập trung các xung laser tới một điểm có kích thước chỉ nhỉnh hơn 1 micromet, tức là có đường kính nhỏ hơn 1/10 sợi tóc người.

Cường độ laser phá mọi kỷ lục nói trên có thể so sánh với việc tập trung tất cả ánh sáng chiếu đến Trái đất từ Mặt trời vào một điểm có kích thước 10 micromet – đồng nghĩa chỉ nhỉnh hơn một chút so với kích thước tiêu chuẩn của một tế bào hồng cầu.

Thành tựu trên được thực hiện tại Trung tâm Khoa học Laser tương đối tính (CoReLS), thuộc Viện Khoa học Cơ bản (IBS) ở Daejon, Hàn Quốc. Các nhà khoa học đã sử dụng một hệ thống phức tạp gồm các gương, thấu kính, cảm biến, khuếch đại công suất và nhiều thành phần khác... để tạo ra các xung có cường độ cao.

Sơ đồ quy trình tạo ra laser cường độ cao. 

Họ đã mất tới hơn một thập kỷ nghiên cứu để đạt được cường độ laser “khủng” này, vượt qua kỷ lục trước đó là 1022 W/cm2, do một nhóm các nhà khoa học tại Đại học Michigan (Mỹ) thực hiện vào năm 2004.

Theo định nghĩa, mật độ công suất là công suất trên một đơn vị diện tích, thường được biểu thị bằng watt trên cm vuông (W/cm2). Việc đo lường được thực hiện bằng cách tính diện tích của chùm tia, theo bán kính tính bằng cm và chia công suất của chùm tia cho diện tích đó. 

Tia laser cường độ cực cao có thể giúp kiểm tra các hiện tượng vật lý thiên văn mới xảy ra trong những điều kiện vật lý khắc nghiệt, chẳng hạn như ngoài vũ trụ, hay phát triển các công nghệ điều trị bệnh ung thư.

“Công trình này đã chứng tỏ rằng laser CoReLS PW là laser mạnh nhất trên thế giới”, Giáo sư Nam Chang-hee, Giám đốc CoReLS,  tự hào phát biểu.

Minh họa cường độ laser phá kỷ lục 1,4x1023 W/cm2. 

 

“Với cường độ laser cao nhất đạt được từ trước đến nay, chúng ta có thể giải quyết những lĩnh vực thách mới mới trong khoa học thực nghiệm, đặc biệt là trong lĩnh vực điện động lực học lượng tử (QED), vốn chỉ được giải quyết bởi các nhà lý thuyết", Giáo sư Nam Chang-hee cho biết.

“Chúng ta có thể khám phá những vấn đề vật lý mới về tán xạ electron-photon (tán xạ Compton) và tán xạ photon-photon (quy trình Breit-Wheeler) trong chế độ phi tuyến. Loại nghiên cứu này liên quan trực tiếp đến các hiện tượng vật lý thiên văn khác nhau xảy ra trong vũ trụ và có thể giúp chúng ta mở rộng hơn nữa chân trời kiến thức của mình”.

Một buồng tương tác vật chất laser để tăng tốc proton. Ảnh: CoReLS

Một tia laser cường độ 1.023 W/cm2 có thể được sử dụng để kiểm tra hiện tượng được cho là nguyên nhân gây ra các tia vũ trụ công suất cao, có năng lượng lớn hơn 1 triệu tỷ electronvolt (eV).

Mặc dù các nhà khoa học biết rằng những tia này bắt nguồn từ một nơi nào đó bên ngoài hệ Mặt trời của chúng ta, nhưng việc chúng được tạo ra như thế nào và điều gì đang hình thành nên chúng thì vẫn là một bí ẩn từ lâu.

'Ngoài việc giúp chúng ta hiểu rõ hơn về các hiện tượng vật lý thiên văn, nó cũng có thể cung cấp thông tin cần thiết để phát triển các nguồn mới cho một loại phương pháp điều trị bức xạ sử dụng năng lượng cao proton để điều trị ung thư” – theo Giáo sư Nam Chang-hee.

Nói chung, để đạt được cường độ tia laser cực cao như vậy đòi hỏi hai điều - một tia laser có công suất cực lớn và tập trung tia laser đó đến điểm nhỏ nhất có thể.