Đại học Michigan hôm 19/5 cho biết, thí nghiệm chính thức đầu tiên từ hệ thống ZEUS tạo ra laser công suất 2 petawatt (2 triệu tỷ watt).
Tổng mức tiêu thụ điện toàn cầu hàng năm là khoảng 20 terawatt (2 nghìn tỷ watt), đồng nghĩa ZEUS mạnh gấp 100 lần. Tuy nhiên, quá trình bắn laser 2 petawatt (PW) chỉ kéo dài 25 phần tỷ tỷ giây, nên sẽ không tốn nhiều tiền điện.
“Cột mốc này đánh dấu sự khởi đầu cho các thí nghiệm tiến đến ‘vùng đất’ chưa được khám phá của khoa học trường mạnh tại Mỹ”, Karl Krushelnick, Giám đốc Trung tâm Quang học Siêu nhanh Gérard Mourou (CUOS) thuộc Đại học Michigan, nơi đặt ZEUS, nhận xét. BBC cho biết, các bức tường của trung tâm này có lớp lót bêtông dày 60 cm để ngăn bức xạ.
Các kỹ sư làm việc tại Target Area 1, nơi diễn ra thí nghiệm của ZEUS với công suất 2 PW. Ảnh: Marcin Szczepanski/Michigan Engineering
ZEUS là tên viết tắt của Hệ thống laser xung cực ngắn tương đương zettawatt (nghìn tỷ tỷ watt), chiếm diện tích tương đương phòng thể dục của trường học. Hệ thống có cấu trúc thông minh, nơi laser mạnh va chạm với chùm electron năng lượng cao.
ZEUS có chi phí xây dựng 16 triệu USD, do Quỹ Khoa học Quốc gia Mỹ (NSF) tài trợ. Đây là “người kế nhiệm” của hệ thống laser HERCULES của trung tâm CUOS, đạt công suất đầu ra tối đa 300 terawatt năm 2007.
Được công bố lần đầu tiên vào năm 2022, công suất đầu ra hiện tại của ZEUS gần gấp đôi công suất đỉnh của các hệ thống laser khác tại Mỹ. Hệ thống được thiết kế để đạt công suất cuối cùng lên tới 3 PW. Dù mạnh nhất Mỹ, nó vẫn kém hệ thống laser châu Âu tại phòng thí nghiệm ELI-NP ở Măgurele, Romania, với công suất tối đa 10 petawatt.
Theo Popsci, thí nghiệm đầu tiên đòi hỏi ZEUS bắn xung laser vào một buồng chứa heli, xé electron ra khỏi các nguyên tử heli và tạo ra plasma – hỗn hợp gồm cả ion dương lẫn electron tự do. Các electron bắt đầu tăng tốc phía sau xung laser do hiện tượng “gia tốc wakefield”. Vì ánh sáng di chuyển chậm hơn trong plasma, các electron có thể bắt kịp laser. Chúng cũng có nhiều thời gian hơn để tăng tốc do kích thước lớn của buồng mục tiêu, nhờ đó đạt tốc độ cao hơn.
2 petawatt là cột mốc quan trọng hướng tới “thí nghiệm đặc trưng” của ZEUS, có thể diễn ra cuối năm nay. Trong thí nghiệm này, các electron gia tốc sẽ va chạm trực diện với xung laser di chuyển theo hướng ngược lại. Kết quả, xung laser 3 PW sẽ mạnh lên một triệu lần, đạt mức tương đương zettawatt như tên gọi của ZEUS.
IFL Science cho biết, hệ thống laser siêu mạnh không phải để trưng bày. Nó cho phép giới khoa học nghiên cứu các vật liệu và hiện tượng theo một cách hoàn toàn mới. “Nghiên cứu nền tảng tại cơ sở NSF ZEUS có nhiều ứng dụng tiềm năng, bao gồm các phương pháp chụp ảnh mô mềm tốt hơn, công nghệ tốt hơn giúp điều trị ung thư và nhiều bệnh khác”, Vyacheslav Lukin, giám đốc chương trình tại Phòng Vật lý NSF, nơi giám sát dự án ZEUS, cho biết.
Thu Thảo (Tổng hợp)