O laser que será o mais potente dos Estados Unidos está se preparando para enviar seus primeiros pulsos a um alvo experimental na Universidade de Michigan.
Chamado de ZEUS, o Zetawatt-Equivalent Ultrashort pulse laser System, ele explorará a física do universo quântico e do espaço sideral, e espera-se que contribua para novas tecnologias em medicina, eletrônica e segurança nacional.

"ZEUS será o laser de maior potência de pico nos EUA e um dos sistemas de laser mais poderosos do mundo. Estamos ansiosos para aumentar a comunidade de pesquisa e trazer pessoas com novas ideias para experimentos e aplicações", disse Karl Krushelnick, diretor do Center for Ultrafast Optical Science, que abriga o ZEUS, e Henry J. Gomberg Collegiate Professor of Engineering.

A primeira área-alvo a começar a funcionar é a área-alvo de alta repetição, que executa experimentos com pulsos de laser mais frequentes, mas de menor potência. O aluno de Michigan Franklin Dollar, professor associado de física e astronomia da Universidade da Califórnia Irvine, é o primeiro usuário, e sua equipe está explorando um novo tipo de imagem de raios-X.

Eles usarão o ZEUS para enviar pulsos de laser infravermelho para um alvo de gás de hélio, transformando-o em plasma. Esse plasma acelera os elétrons para altas energias, e esses feixes de elétrons então se movem para produzir pulsos de raios-X muito compactos.

A equipe de Dollar investiga como fazer e usar esses novos tipos de fontes de raios-X. Como os tecidos moles absorvem os raios X em taxas muito semelhantes, as máquinas médicas básicas de raios X precisam fornecer altas doses de radiação antes que possam distinguir entre um tumor e um tecido saudável, disse ele.

Mas durante seus estudos de doutorado sob Krushelnick, Dollar usou o antecessor do ZEUS para criar imagens de uma libelinha, mostrando a promessa de pulsos de raios-X semelhantes a laser. Diferentes tecidos moles dentro da carapaça da libelinha atrasaram os raios X em diferentes graus, criando padrões de interferência nas ondas de raios X. Esses padrões revelaram as estruturas moles com pulsos de raios X muito curtos – alguns milionésimos de bilionésimo de segundo – e, portanto, pequenas doses de raios X.

"Podíamos ver cada pequeno órgão, bem como os minúsculos micro pêlos em sua perna", disse Dollar. "É muito emocionante pensar em como poderíamos usar esses raios-X semelhantes a laser para fazer imagens de baixa dose, aproveitando o fato de serem semelhantes a laser, em vez de depender da imagem de absorção do passado. "

Nesta primeira execução, a equipe ZEUS está começando com uma potência de 30 terawatts (30 trilhões de watts), cerca de 3% dos lasers mais potentes atuais nos EUA e 1% da potência máxima do ZEUS.

"Durante o experimento aqui, colocaremos a primeira luz na câmara-alvo e desenvolveremos até o nível de 300 terawatts", disse John Nees, pesquisador em engenharia elétrica e de computação.

Nees lidera a construção do laser ao lado de Anatoly Maksimchuk, pesquisador em engenharia elétrica e de computação, que lidera o desenvolvimento das áreas experimentais.

A equipe de Dollar planeja retornar no final do outono para outra corrida, visando a potência total destinada à área alvo de alta repetição, 500 terawatts. A potência máxima de 3 petawatts, ou quatrilhões de watts, irá para diferentes áreas-alvo para serem concluídas posteriormente. O primeiro teste usando a área-alvo para o experimento de assinatura do ZEUS está previsto para 2023.

Esse experimento usará o laser para gerar um feixe de elétrons de alta velocidade e, em seguida, executará os elétrons diretamente nos pulsos de laser. Para os elétrons, isso simula um pulso de laser de zetawatt - um milhão de vezes mais poderoso que os 3 petawatts do ZEUS. Além de sondar os fundamentos de nossa compreensão do universo quântico, o ZEUS permitirá que os pesquisadores estudem o que está acontecendo dentro de alguns dos objetos mais extremos do espaço.

“Magnetares, que são estrelas de nêutrons com campos magnéticos extremamente fortes ao seu redor, e objetos como núcleos galácticos ativos cercados por plasma muito quente – podemos recriar a microfísica do plasma quente em campos extremamente fortes no laboratório”, disse Louise Willingale, diretora associada. da ZEUS e professor associado de engenharia elétrica e de computação.

A ZEUS oferece não apenas oportunidades científicas e tecnológicas, mas com o esforço de toda a disciplina para aumentar a força de trabalho da física do laser, também cria oportunidades de carreira. Dollar trouxe toda a sua equipe para obter a experiência prática de um experimento de comissionamento em um laser de classe mundial. + Explorar mais

O ZEUS da Universidade de Michigan será o laser mais poderoso dos EUA