Peter Tucker
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Physiker nähern sich dem Bau von Lasern, die stark genug sind, um Materie aus einem Vakuum herauszureißen.
Laut einem Bericht, der am 24. Januar in der Zeitschrift Science veröffentlicht wurde, bereitet sich ein Team chinesischer Wissenschaftler darauf vor, in diesem Jahr mit dem Bau eines 100-Petawatt-Lasers in Shanghai zu beginnen, der als Station of Extreme Light (SEL) bekannt ist. Damit stehen sie an der Spitze eines breiten Feldes von Wissenschaftlern auf der ganzen Welt, die daran arbeiten, eine Vorhersage zu verwirklichen, die 2010 von einem Team amerikanischer und französischer Physiker in der Zeitschrift Physical Review Letters veröffentlicht wurde, dass ein ausreichend starker Laser dazu führen könnte, dass Elektronen austreten eines Vakuums.
Es mag seltsam erscheinen, sich vorzustellen, dass Elektronen aus dem leeren Raum erscheinen könnten. Angesichts einer seltsamen Behauptung der Quantenelektrodynamik ist dies jedoch viel sinnvoller: Der "leere" Raum ist überhaupt nicht leer, sondern besteht aus dicht gepackten Paaren von Materie und Antimaterie. Diese Paare füllen die Lücken zwischen allem, den Zuständen der Quantenelektrodynamik, eng - sie interagieren einfach nicht merklich mit dem Rest des Universums, weil sie sich gegenseitig aufheben. [Die 18 größten ungelösten Rätsel der Physik]
Es ist also einfacher zu bedenken, dass der chinesische Laser nicht so sehr Materie erzeugt, als dass er in die Welt eindringt, die Menschen wahrnehmen können. Seine starken Energieimpulse bewirken, dass sich Elektronen auf eine Weise von ihren Antimaterie-Zwillingen, Positronen, trennen, die Forscher erkennen können.
Der Bau eines Lasers, der dafür leistungsstark genug ist, ist jedoch eine schwierige (und teure) technische Herausforderung. Einhundert Petawatt sind, wie die Wissenschaft berichtet, etwa 10.000-mal mehr Energie als in allen Stromnetzen der Welt zusammen.
Ein kleinerer chinesischer Laser, die Shanghai Superintense Ultrafast Laser Facility, könnte bis Ende dieses Jahres 10 Petawatt erreichen. (Das ist das 1000-fache der Leistung aller Netze der Welt.) Wie können Laser diese enormen Leistungsniveaus erreichen??
Wie die Autoren des Berichts in der Zeitschrift Science erklärten, ist Macht eine Funktion von zwei Dingen: Energie und Zeit. Geben Sie innerhalb von 1 Sekunde ein Joule Energie frei, und das ist 1 Watt. Geben Sie innerhalb von 1 Stunde ein Joule frei, und das sind nur 0,28 Milliwatt (28 Hunderttausendstel Watt). Aber lassen Sie dieses Joule in nur einer Millionstel Sekunde los, und das sind 1 Million Watt oder 1 Megawatt.
Alle Laser mit Supermacht sind auf die eine oder andere Weise darauf angewiesen, über kurze Zeiträume große Energiemengen freizusetzen, diese zu verstärken und die Strahlen so zu biegen, dass all diese Energie im Laufe eines noch kürzeren Zeitraums, der Wissenschaft, an ihrem Ziel ankommt Artikel berichtet.
Bis 2023 könnte das SEL Ziele nur 3 Mikrometer (3-Millionstel Meter oder die Breite eines E coli Bakterium) mit 100 Petawatt Leistung nach dem Bericht in Science.
Weitere technische Details darüber, wie dieser Laser funktionieren würde, wie andere Laserprojekte auf der ganzen Welt verglichen werden und warum die USA so weit zurückbleiben, finden Sie im vollständigen Bericht von Science.