«Мини-адронный коллайдер» разработан сибирскими учеными

В Томске создали самую мощную в мире лазерную установку, работающую в видимом диапазоне спектра. С ее помощью в перспективе можно будет ускорять частицы, подобно Большому адронному коллайдеру, но на минимальном пространстве. А также создавать аппараты, альтернативные рентгеновским, которые, в отличие от последних, не будут наносить организму человека никакого вреда.

Ученые томского Института сильноточной электроники Сибирского отделения Российской академии наук (ИСЭ СО РАН) разработали лазер с рекордной мощностью.

Фемтосекундная лазерная система, названная разработчиками THL-100, генерирует импульсы с длительностью 50 фемтосекунд (фемтосекунда — одна квадриллионная доля секунды, или 1 fs = 1 · 10⁻¹⁵ s). Ее отличие от других лазеров состоит в том, что она работает в видимом диапазоне спектра. Установка формирует лазерный пучок, который занимает в пространстве всего 15 микрон и выглядит, как тонкий (тоньше волоса) летящий диск. Лазерный луч синего цвета хорошо воспринимается человеческим глазом. В то время, как все прочие мощные лазеры работают в инфракрасной области спектра, не видимой для человека.

Мощность нового лазера составляет 14 тераватт. Для сравнения: существующие на сегодня в мире лазерные установки способны достигать в видимом диапазоне всего 4 тераватта. Более того, сибирские ученые надеются довести установку до мощности в 100 тераватт. Кстати, именно поэтому установку назвали THL-100 (тераваттный гибридный лазер с мощностью 100 ТВт).

«Все фемтосекундные лазеры в мире работают на твердотельных активных средах, а наша установка уникальна: она гибридная, в ней маломощный импульс формируется в твердотельном стартовом комплексе, а затем усиливается в газовой среде, — пояснил заведующий лабораторией газовых лазеров института Валерий Лосев. - Для этого были найдены газовые активные среды, в которых можно усиливать очень короткие импульсы, подобно твердотельным средам».

Разработка томских ученых может быть использована для создания рентгеновских лазеров в окне прозрачности воды. Их пока не существует, так как, по расчетам, для них может потребоваться 30−50 терраватт. Такие лазеры позволят сканировать и получать голографическое изображение живых клеток в организме человека, животного и в тканях растений. Это, в свою очередь, поможет лучше регистрировать многие процессы внутри и выявлять причины различных заболеваний на более ранних стадиях.

Протонные пучки с определенной энергией можно использовать для лечения онкологических заболеваний. Они могут проходить через здоровые ткани и поглощаться в нужном месте.

Другим применением установки может стать преобразование лазерного пучка в терагерцовое излучение большой мощности. В отличие от рентгена оно не будет наносить человеку при его просвечивании никакого вреда, поскольку энергия кванта терагерцового излучения очень мала.

И, наконец, при помощи такой установки в перспективе можно будет ускорять электроны и протоны, как в многокилометровом Большом адронном коллайдере. Только делать это в сантиметровом пространстве. Получаемые результаты при этом могут быть даже лучше.

После вывода лазерной системы на рабочий режим томские исследователи предполагают работать во всех перечисленных направлениях.

Идея фемтосекундного лазера возникла семь лет назад в Физическом институте имени П.Н. Лебедева (ФИАН, Москва). Установка разрабатывалась прежде всего для фундаментальных исследований.

«Есть теория, что вакуум — это такая среда, в которой есть все, только оно скрыто. И, если в этом вакууме создать очень высокую интенсивность, он начнет вскипать и отдавать все содержимое наружу. Все элементы: электроны и позитроны, атомы и антиатомы. Это имеет большое значение для фундаментальной науки и понимания природы мироздания, и не исключено, что мы тоже примем участие в решении этой проблемы», — рассказал Валерий Лосев.

В мире подобных установок нет. В России такими разработками занимаются только в двух местах. Вторая установка THL-30 находится в ФИАН, но ее мощность в 4−5 раз меньше томской.

Хочешь всегда знать и никогда не пропускать лучшие новости о развитии России? У проекта «Сделано у нас» есть Телеграм-канал @sdelanounas_ru. Подпишись, и у тебя всегда будет повод для гордости за Россию.