Comments 76
А если они ещё смогут отличать «русских физиков» от «российских» (в оригинале просто «из России»), то вообще будет прекрасно.
«Импульсные лампы, накачивающие первичную энергию в лазеры, необходимо охлаждать от нескольких минут до нескольких часов между выстрелами, что усложняет проведение исследований».
В чем проблема сделать своеобразный «миниган» из ламп? Я понимаю, что дилетант в этом вопросе, но очень уж просится такая идея.

P.S. или установить кучу ламп (например, как освещение на футбольных полях), но стрелять они будут по очереди
В том, что расположение ламп критично — в больших лазерах они обычно полностью окружают АЭ (активный элемент); в том, что сам АЭ должен успевать охлаждаться — иначе мощность и параметры излучения падают; в том, что должны охлаждать конструктивные элементы квантрона; в том, что есть время на зарядку конденсаторов усилителей.
Думаю, что главная проблема — направить их в одну и ту же точку. Небольшие расхождения — и эффект уже не тот.
кроме ламп там ещё куча окружающих материалов нагреваются и там дело не в сотных и тысячах градусов а буквально 10-20 потому что оптические оси должны совпадать с нереальной точностью и потому неодинаковость температур элементов приводит к полной рассогласованности! Но сам факт таких мощностей путь и сверхкооротких — нереальное достижение.
10 ват непрерывного жёсткого ультрафиолета — пробивает в точке фокуса воздух. Там и гамма и рентген и ещё чёт знает чего сразу автоматом получается. Нафига этим психам 100 ПВт???
Я тоже не понял. Пробой вакуума в объёме порядка 200*200*100 мкм можно получить недорого и даже случайно, причём видимом спектре.
Эм, вы сейчас случайно не не путаете физический вакуум с техническим? В разреженных газах действительно реально получить оптический пробой, и даже в инфракрасном спектре, но это несколько иной процесс.

10 Ватт пробивают воздух, потому что воздух — это газ. UV фотоны, обладающие высокой энергией, ионизируют атомы газов (смотрим за что Эйнштейн получил Нобелевку). И это происходит все время. И не только в фокусе 10вт лазера. Озон в высших слоях атмосферы образуется именно так — УФ+кислород. Если фотонов много — вы увидите плазму( отдельно ядро атома, отдельно электроны) в воздухе.
Прорвать "ничто" гораздо сложнее, ибо в нем ничего нет, что поглощало бы энергию и ионизировалось. Для проверки некоторых квантовых теорий, описывающих постоянное появление "чего-то" из "ничего", но пропадающего очень быстро, и нужны эти мега-лазеры.

Как-то я не поняла. Каким образом они вызовут рождение электро-позитронных пар?! У них же всё равно фотоны оптические! Причём тут мощность?! Огромная мощность — это просто огромное количество низкоэнергетических фотонов, рождению пар это никак не поможет. Для образования пар частиц, нужна большая энергия каждого из сталкивающихся фотонов, при этом их может быть мало (достаточно двух :) ), и общая мощность будет как у карманного фонарика.

Блин, фотоэффект ещё в школе проходят. Здесь же по сути полная его аналогия.
По современным представлением в вакууме постоянно рождаются пары частица-античастица. Потом анигилируют.

Данный лазер настолько мощный, что давление света откидывает электрон и позитрон друг от друга. Они не успевают аннигилировать в точке возникновения.
Я хорошо знаю «современные представления». А вы представляете, сколько актов соударения виртуального электрона должно произойти с оптическими фотонами (2-3 эВ), чтобы ему набрать энергию mc2 равную 500 кэВ! На секунду, представьте фейнмановскую диаграмму. Какое количество у такого процесса вершин! Вероятность указанного процесса «давления» света на электрон, пока он не аннигилировал обратно с позитроном, какая-то вселенски ничтожная. Грубо говоря, квантовая вероятность умножается на 1/137 с каждой последующей вершиной, а вершин… 200 000. Возведите в степень сами.

Так что не катит.
Правильно, вероятность ничтожная, но там 100Птватт в ничтожный момент времени. И неизвестное(но тоже немалое) количество пар в точке фокуса.
И там не единичное «сдвигание». Просто у конкретной пары позитррон анигилировал с электроном другой пары, который столкнулся с фотонами — и появилась возможность електрон «заметить».
1/137 в степени 200000, шутя, затыкает за пояс любые пета и прочие ватты, даже не замечая их.
Это если количество пар не 137 в степени 200001. А оно, как бы, неизвестно насколько я помню.
И что это меняет? Количество виртуальных частиц все равно неизвестно. Вполне может быть и больше.
Вообще там вроде как квантовые эффекты из-за приближения к границе неопределенности как по координатам, так и по времени.
Потому там теория вероятности работает не совсем чисто.
1/137 в степени 200000, шутя, затыкает за пояс любые пета и прочие ватты, даже не замечая их.
С одной стороны там 1/137 в 200000 степени, а с другой в каждой вершине может оказаться любой фотон из луча. Если количество фотонов сильно больше количества вершин, это, на минуточку, количество фотонов в степени 200000, что шутя затыкает за пояс фактор 1/137^200000. В общем, комбинаторный взрыв забивает все.
Видимо, где-то они нашли лазейку в теории… ну или я тоже ничего не понимаю(((

Ну вот тут прям хорошая статья про это. По сути можно сказать, наверное, что фокус меньше неопределенности по координате виртуальных частиц, т.е. лазер "измеряет" частицы, создавая сжатое по координате состояние. Неопределенность импульса увеличивается, т.е. некоторые частицы могут приобрести энергию, достаточную для разлета.

В нашей научной группе занимаются такими вещами (хоть и не я лично), поэтому попробую ответить.

Сначала насчет лазерного поля. Оно слишком низкочастотное для КЭД процессов и рассматривается не квантованным образом, а как постоянное поле. В диаграммах Фейнмана взаимодействия электронов с постоянным полем параметром разложения становится eA/m, где A вектор-потенциал, а не постоянная тонкой структуры, как вы пишете ниже. В сильных лазерных полях этот параметр легко можно сделать больше 1, и тогда взаимодействие с полем вообще нельзя рассматривать по теории возмущений. Поэтому используются точные «одетые» пропагаторы для электронов во внешнем поле, и вся КЭД строится не на голых электронах и позитронах, а на одетых (это называется Intense Field QED: arxiv.org/pdf/1507.08512.pdf). В принципе, есть Швингеровский предел (https://en.wikipedia.org/wiki/Schwinger_limit), при котором уже в статическом поле будет рождение пар из вакуума. Но его достичь пока невозможно. Тем не менее, с помощью лазера в 10 ПВт можно реализовать КЭД каскад. Основных процессов здесь два, оба в присутствии внешнего поля. Электрон уже на одном периоде поля разгоняется до релятивистских энергий (десятки-сотни энергий покоя). Релятивистские электроны в присутствии поля излучают гамма-кванты. В свою очередь, гамма-кванты в сильном поле могут распасться на электрон-позитронную пару. Рожденные электроны и позитроны в свою очередь разгоняются полем и излучают новые гамма-кванты, и так далее. Достаточно иметь всего лишь один затравочный электрон, чтобы развить каскад. И численное моделирование показывает, что это должно быть реализуемо уже на установках, которые появятся в ближайшем будущем.
Про постоянное поле как-то не подумала, поторопилась. Спасибо.
Выглядит как бред.

Никаких антипротонов на лазерной установке получить нельзя (во всяком случае при любых обозримых в будущем мощностях). То, что в задачах XCELS называется «производство материи и антиматерии с помощью излучения», это исключительно про электрон-позитронные пары, а не протон-антипротонные. И то есть большие сомнения, что их реально удастся получить (если вообще XCELS будет когда-то, после кризиса 2014 года это все заглохло).
| Как-то я не поняла.
Статьи надо читать, не зря же их зачем-то пишут после заголовка.
описание процесса
Но очень интенсивный лазер, в принципе, смог бы разделить эти частицы до их столкновения. Как и любая электромагнитная волна, лазерный луч содержит колеблющееся электрическое поле. С увеличением интенсивности растёт и сила электрического поля. При интенсивности порядка 1024 Вт/см2 поле окажется достаточно сильным для того, чтобы начать разбивать взаимное притяжение, действующее между некоторыми из электрон-позитронных пар, как говорит Александр Михайлович Сергеев, бывший директор Института прикладной физики РАН в Нижнем Новгороде, ныне – президент РАН. Лазерное поле встряхнёт эти частицы, заставляя их испускать электромагнитные волны – в данном случае, гамма-лучи. Эти лучи будут генерировать новые электрон-позитронные пары, и так далее, что приведёт к каскаду частиц и излучения, которое можно будет обнаружить.

Фотоэффект может быть и нелинейным, когда 2 фотона низкой энергии обладают в сумме энергией достаточной для переноса электрона на более высокий уровень энергии. Используется например в многофотонной микроскопии.
Также нелинейные эффекты в кристаллах используются для удвоения частоты в лазерах.
Так что все далеко не так просто как в школьной физике.

А можно дурацкий вопрос? Если наложить 2 луча лазера в фазе они складываются, если в противофазе — гасятся. А куда девается энергия, при гашении? Ведь 2 лазера (теоретически) могут полностью погасить друг друга?
Собственно почему? Этого сложно добиться, но никаких физических запретов нет. Вроде бы тут тоже собираются именно так собирать луч из нескольких. Но по сути это не важно. Можно же разделить пучок от одного и собрать потом обратно.
В той области, где вы разделяете-собираете пучок всякими полупрозрачными зеркалами, подготавливая такое наложение, и будет сосредоточена энергия излучения.
Об этом не подумал. Благодарю.
Без зеркал собрать, похоже, не получится :(

Почему ж нет? Стабилизируйте их относительно друг друга, и будет вам счастье.

Чтобы лучи света полностью складывались или вычитались — надо, чтобы лучи были параллельны и проходили по одной прямой — т.е. лазеры надо ставить или в одном месте, или на одной оси. Если же лучи пересекаются — то будет переменная интерференция (муар).
в одном месте, или на одной оси.

Это довольно затруднительно, для лазеров-то — это коробочки такие как-никак, мешаться будут;) Вариант на самом деле один — сбивать их на делителе луча.


Но вообще речь шла о когерентности как о возможности интерферировать — и тут я не вижу проблем.

А где вы их "накладываете"? чтобы они проинетрферировали, вам придется как-то их наложить друг на друга, например, делителем луча. А там сразу уж будет куда идти энергии.

А где вы их «накладываете»? чтобы они проинетрферировали, вам придется как-то их наложить друг на друга

Чисто теоретически — с помощью гравитационной линзы складываем два разных луча в один. Так нельзя? Или на гравитационной линзе тоже энергия луча будет рассеиваться?

Да тоже не получится, как им сложиться в один? Они могут пересечься в одной точке, но не более. Собственно, от закона сохранения энергии никуда не деться:)

А в новой Вселенной снова будут задумываться о природе Большого Взрыва.
А представьте себе, что будет, если у них все таки получится?
Давление лазерного луча света не дает рождающимся частицам/античастицам соединиться и взаимоуничтожиться.
Вместо этого частицы разлетаются и ударяют по другим парам частиц/античастиц, также не давая им взаимоуничтожиться.
Запускается цепная реакция, когда из вакуума лавинообразно возникает чудовищное количество энергии/материи и нет возможности затушить данную реакцию.
Наша планета и вся солнечная система мгновенно разлетается на кусочки, жители соседних галактик отмечают рождение еще одной сверхновой.
:)
Простите, а откуда в вашей фантазии возьмется энергия? Ну в луче ладно, вот вышел процесс за границе луча, откуда теперь антиматерия возникает?
Если бы, чисто гипотетически, Вам удалось запустить цепную реакцию из вакуума, то что бы ее ограничило рамками Солнечной системы? Так что Вам, увы, не удалось бы порадовать жителей соседних галактик красивым, но безопасным для них, шоу.
А почему их делают «каждый себе», а не «один на всех», как с БАК? :)
1) не вышли на предел дороговизны
2) не вышли на предел сложности
(коллайдеры тоже каждый сам себе строили, пока могли)

Как понимать "разложение лазерного импульса дифракционной решёткой по цветам". Лазерный луч монохроматичен, не?

Короткий импульс не может быть монохромным, чем короче импульс, тем шире его спектр.
Нет, если это импульс. Есть фундаментальное свойство преобразования Фурье: чем короче сигнал, тем шире обязан быть его спектр. Типичный лазер имеет длину волны порядка 1 мкм, это 3.3 фс по времени. Длительность импульсов у петаваттных лазеров составляет десятки фемтосекунд, то есть в импульсе всего лишь с десяток колебаний поля. По сути, если остановить время, вы увидите не луч, а маленькое световое пятнышко длиной несколько микрон. Поэтому ширина спектра обычно составляет порядка 100 нм.

Офигеть, целые килоджоули в таком маленьком объёме. Там же плотность энергии такая, что в воздухе такой импульс будет оставлять за собой тоннель с разлетающейся плазмой. Наверное эксперименты в вакууме проводят.

Ну все же пока не килоджоули, а десятки, максимум сотни джоулей. Хотя в перспективе будут килоджоули.

Да, разумеется, все находится в вакуумной камере, причем требования к вакууму довольно серьезные. Если и есть в камере какая-либо газовая струя, то она там именно для экспериментов по взаимодействию лазера с веществом. Если стрельнуть в воздух, лазерный импульс такой интенсивности будет полностью его ионизировать, ускорять в нем электроны и генерировать рентген, и из-за всего этого очень быстро поглотится, на нескольких миллиметрах буквально.
… а если подобрать так, что на миллиметрах импульс не поглотится, может и молнией с небес шандарахнуть, если в облаках накопился заряд.
Смешали центральную длину волну и ширину спектра. И вас еще и залайкали, тем самым подняв ценность не совсем правильного объяснения.
Длина волны лазера, как вы и сказали — 1мкм, а вот ширина спектра может быть от пикометров (CW), до сотен нанометров (pulsed-fs). Титан-сапфир может излучать в диапазоне от 700 до 1000нм. Но не везде одновременно, ибо это лазер. Для уширения спектра обычно используют всякие нелинейные процессы — генерация стокса, антикстокса, смешение частот, вторая гармоника и тд.
А так всё правильно — чем шире спектр, тем меньше длительность импульса и наоборот.
dt*dv ~0.3-0.4.
dt — длительность, dv — ширина спектра в Гц.
Или, по другому, для вычисления необходимой ширины спектра:
dv=l^2/(dt*c)
где l — центральная длина волны, dt — необходимая длительность импульса, с — скорость света.
Соответственно для видимого диапазона при центральной длине волны, скажем, 500нм, ширина спектра для 1 фс должна быть 833нм. А если центральная длина волны 1000нм, то вообще 3 микрона ширина спектра должна быть.
Что мешает самой лазерной среде генерировать излучение с широким спекторм? Мне всегда казалось, что широкий спектр в фемтосекундных Ti:Sa-генераторах создается за счет синхронизации мод. Активную среду помещают в резонатор Фабри-Перо, обеспечивающий многомодовость, и за счет какой-нибудь ячейки Поккельса или насыщающегося поглотителя синхронизируют все эти моды. При этом активная среда будет генерировать излучение во всем диапазоне, в котором может. Никакого уширения спектра не надо. В чем я тут неправ?
Давнова-то отошел я от лазерной темы. Сейчас больше в их использовании для характеризации всего подряд :) Потому тоже не точен в выражениях…
Всё правильно, что вы говорите. Только не Поккельс обычно — это слишком медленно, а Kerr lens mode locking.
Основная проблема — синхронизировать распространение всех этих мод во времени из-за дисперсии в активном теле, линзах и даже в материале зеркал. Для этого применяют дифракционные решетки, призмы и тд. Синхронизировать все 300нм Титан: Сапфира сложно и дорого. Хотя прочитал только что, что сейчас коммерческие системы выдают стабильные 20-25 фс (https://kmlabs.com/tisapphire-lasers/). В лабораториях дошли до 5.5фс.
Для мощных лазеров, как в статье, нужна, соответственно, большая активная среда, а это значит — увеличение временного разбегания различных частей спектра. И снова — компенсация, которая порождает увеличение стоимости, размера и тд…
Другой способ увеличить пиковую мощность — генерация атосекундных импульсов. Я почему-то подумал именно об этом способе… А для этого нужно делать уширение спектра всеми упомянутыми методами.
Абсолютно монохроматический луч — он бесконечен по времени и пространству. Любой реальный луч ограничен по обоим этим параметрам и, следовательно, не является идеально монохроматическим. Манипулируя частотными компонентами можно регулировать степень этого ограничения, в данном случае изменять длительность импульса по времени.
другие страны не должны чувствовать, будто они остаются в тени, когда включится самый мощный лазер в мире
Как звучит!
Нет, как звучит!
если хотят продемонстрировать взаимодействие формулы E=mc2, и получить массу. То получается будет использована формула m=E/c2. То ли я чего-то недопонимаю, то ли научились получать скорость света в квадрате.

Не понимаете. Не нужно что-либо разгонять до C^2, это просто число-делитель ;)

Собрать сверхмощный лазер, способный разрывать пространство, и использовать его затем для диагностики минерала. Я припоминаю один сюжет который так же начинался. Неужели мы всё-таки дождёмся продолжения?

Синтез виртуальных суперчастиц на ускорителях похоже всех разочаровывает. Всё говорит о том, что заканчивается «гонка» на ускорителях и начинается «гонка» на мощных лазерах. Вопрос – куда? Если опустить конъюнктурную составляющую (фабрика гамма-излучения), то по большому счету вопрос тот же самый – как образовалась Вселенная (при Большом взрыве). Наука уже осознала, что в вакууме (вернее в пространстве) сами- собой рождаются масса виртуальных частиц, и что энергетическое воздействие способно материализовать их. «Игра стоит свеч». Расчеты показывают, что в 1 куб. см. пространства содержится 3 тонны (энергии). Вопрос в каком виде, и каким должен быть «технологический» процесс ее материализации. Вариант с виртуальными электрон-позитронными парами конечно имеет «право на жизнь» и его безусловно надо проверить (тем более, что техника уже почти готова). Смущает только возможность образования мощного лазерного излучения при Большом взрыве. Мы в рамках S_теории предлагаем теоретическую схему материализации энергии пространства в процессе облучения виртуальных фотонов пространства мощным магнитным полем, вырвавшемся из лопнувшей сингулярности, имеющей структуры сверхплотного электромагнитного бублика, типа анаполя Зельдовича. В результате данного процесса виртуальные фотоны превращаются в вихри-спирали и вихри-бублики (симплы). В своей работе мы предлагаем физические модели соответствующих процессов образования элементарных частиц из симплов и дальнейшей эволюции Вселенной.

Что интересно, энергия фотонов зависит от системы координат. То есть получается, что в одной системе координат лазерный луч будет «разрывать пространство» порождая элкктронно-позитронные пары, а в другой не будет и эти частицы будут ненаблюдаемы? Или есть выделенная система координат, связанная с вакуумом, в которой и надо считать энергию, способную порождать частицы?

Я предположу, что в СО, где энергия фотонов меньше, в той же степени будет меньше и энергия связи, так что частицы будут рождаться все равно. Но в принципе, так может быть, что в зависимости от системы координат наблюдатель либо видит частицы, либо нет.

Для «разрыва вакуума» одного луча недостаточно (будут нарушаться законы сохранения импульса или энергии). Надо пересечь хотя бы два.
Only those users with full accounts are able to leave comments. Log in, please.