עוצמת הלייזר תביא לחומר לנבוע מהחלל הריק מאת מישל אלברגנטי
מילות מפתח: אנרגיה, ואקום, חומר, יצירה, חלקיקים, אנטי-חומר
הביוגרפיה של המשוואה E = mc 2 רחוקה מלהיות שלמה. האיור המדהים שהעניק הסרט התיעודי הבדיוני ששודר ארטה ביום ראשון 16 באוקטובר (ביוגרפיה של משוואת E = mc2, מאת גארי ג'ונסטון) עשוי לחוות בקרוב פרק מרגש חדש. במעבדה לאופטיקה יישומית (LOA), המשותף לבית הספר הלאומי לטכניקות מתקדמות (Ensta), לבית הספר הפוליטכני ול- CNRS, Palaiseau (Essonne), ג'רארד מורו מתקרב לרגע בו הוא יוכל להעלות. חומר מאקום ...
"הריקנות היא האם לכל החומר", הוא אומר בצהלה מסוימת. במצב מושלם, "הוא מכיל כמות ענקית של חלקיקים לכל סמ"ק ... וכמה נוגדי חלקיקים". מהיכן סכום אפס המוביל להיעדר חומר לכאורה זה שאנו מכנים ... הוואקום. מה מאתגר את הגדרת המילון שעבורו, מאז המאה הארבע עשרה, האחרון הוא "מרחב שאינו תפוס על ידי חומר". זה היה ספירה ללא חומר אנטי-חומר וללא הנוסחה המפורסמת E = mc², אותה הסיק אלברט איינשטיין מיחסיות מיוחדת לפני מאה שנה, בשנת 3.
מדוע להפוך נוסחה זו על ידי הפקת חומר מאקום? עבור ג'רארד מורו, היישומים ינועו החל מיצירת מיקרואלקטרוניקה יחסית יחסית לחקר המפץ הגדול ואפשרות לדמות חורים שחורים. מה שהוא מכנה "אור קיצוני" מאפשר פיתוח של טיפול בפרוטונים, המסוגל לתקוף גידולים מבלי לפגוע בתאים הסובבים אותו, "פרמקולוגיה גרעינית" ואפשרות לשלוט ברדיואקטיביות של חומר באמצעות כפתור פשוט. שלא לדבר על ייצור מאיצים קומפקטיים במיוחד שיכולים להתחרות במתקנים הענקיים ב- CERN בז'נבה. לכן השליטה באור רחוקה מלהגיע לגבולותיה. ה- LOA עובד עם הלייזר, אחת התוצאות המרהיבות ביותר של התגליות שזיכו את אלברט איינשטיין בפרס נובל בשנת 1921.
ג'רארד מורו מילא תפקיד מרכזי בהגדלת כוחו של קרן האור הקוהרנטית הזו, שהושגה לראשונה בשנת 1960. בשנת 1985 פיתח שיטה הנקראת הגברה של דופק ציוץ (CPA) (Le Monde du 8 יוני 1990). "בלילה ייצרנו מקור שעמד על שולחן ועוצמתו הייתה שווה לזו של מתקנים בגודל של מגרש כדורגל", מסביר ג'רארד מורו.
גל שובר
במשך עשרים שנה, פיזיקאים מעדו על הופעתן של תופעות לא ליניאריות בעוצמות של סביב 1014 W / cm2 (W / cm2) שהורידו את הגל וגרמו להרס המוצקים בהם נולדו הלייזרים. ג'רארד מורו השתמש במקורות המייצרים דופקים קצרים מאוד (פיקוס-שניה, כלומר 10-12 שניות), שאחד המאפיינים שלהם היה להכיל מגוון רחב של תדרים. "כדי לפתור את הבעיה, לפני שהגברנו את הדחף, מתחנו אותו על ידי הזמנת הפוטונים", אומר החוקר, כדי להסביר את רו"ח משתמש באנלוגיה של פלוטון של רוכבי אופניים הפונים למנהרה. כדי למנוע סתימה במהלך מעבר קדמי, יש צורך להאט כמה רצים לפני המכשול.
ג'רארד מורו עושה זאת גם בתדרים. לאחר שהפריד ביניהם, הוא מטיל נתיבים שונים על כל צבע באמצעות סורג דיפרקציה. לאחר ההגברה של כל תדר, "מספיק" לבצע את הפעולה ההפוכה על מנת למצוא דופק עם אותו פרופיל אך אינטנסיבי הרבה יותר. עם רו"ח, העוצמה החלה לעלות שוב ולהגיע ל… 1022 W / cm2 היום, 1024 W / cm2 בשנת 2006.
"עד ערך מסוים של העוצמה, הרכיב המגנטי של גל האירוע נותר זניח בהשוואה לרכיב החשמלי שלו, מסביר ג'רארד מורו. אך החל מ- 1018 W / cm2, הוא מפעיל לחץ על האלקטרון. האחרון, שעד אז נתון ל"נפיחות "פשוטה, נסחף לפתע על ידי גל שבור המוביל אותו עד שהוא מגיע למהירותו שלו, כלומר של האור. לאחר מכן אנו נכנסים לפרספקטיבה היחסית הלא לינארית. האלקטרונים הקרועים הופכים את האטומים שלהם ליונים אשר "מנסים להחזיק את האלקטרונים, מה שיוצר שדה חשמלי מתמשך, כלומר אלקטרוסטטי, בעוצמה ניכרת". כך הופך השדה החשמלי המתחלף של גל האור הנופל לשדה חשמלי ישיר.
תופעה "יוצאת דופן" זו מייצרת שדה טיטני של 2 טרה-וולט למטר (1012 וולט / מ '). "CERN על מטר ...", מסכם ג'רארד מורו. ב -1023 W / cm2, השדה האלקטרוסטטי יגיע ל 0,6 פלט וולט למטר (1015 V / m) ...
לשם השוואה, מרכז המאיצים הליניאריים בסטנפורד (SLAC) מאיץ חלקיקים עד 50 גיגה-אלקטרונים (GeV) לאורך 3 ק"מ. "בתיאוריה, היינו יכולים לעשות את אותו הדבר לאורך מרחק של סדר הקוטר של השיער", מבטיח החוקר. בתקופתו, אנריקו פרמי (1901-1954) האמין שכדי להגיע לפטוולט, המאיץ יצטרך להסתובב על פני כדור הארץ.
"האלקטרונים שנדחקים מהאור מושכים את היונים מאחוריהם", ממשיך מר מורו. מעתה הסירה מושכת את עוגנה. האור הראשוני יצר קרן אלקטרונים ויונים. ה- LOA הצליח להאיץ אלקטרונים לאנרגיות של 150 מגה-אלקטרונים (MeV) על פני מרחקים של כמה עשרות מיקרון. הוא מתכוון לדחוף תחילה ל- GeV, ו"הרבה אחר כך אחר כך ".
המפץ הגדול
במקביל להתפתחות זו שיכולה, בטווח הארוך, להתחרות במאיצי חלקיקים גדולים, אומר ג'רארד מורו שהוא קרוב מאוד, שוב בזכות עוצמות האור העצומות שהושגו, "לפצח את החלל", כלומר לחשוף ". משהו "שבו כנראה לא היה כלום.
במציאות, זו לא שאלה של פעולת קסם אלא, "פשוט", להראות את מה שהיה בלתי נראה. המטרה התיאורטית היא עוצמה של 1030 W / cm2. כדי להשיג ערך זה, פיזיקאים רואים בוואקום דיאלקטרי, כלומר מבודד. באותו אופן שעוצמה גבוהה מדי גורמת לקבל "להיצמד", אפשר "לפצח את הוואקום".
אבל מה יקרה אז? אילו חלקיקים מוזרים יצמחו מן הריק? גם כאן התעלומה מתוקנת. זה יהיה זוג אלקטרונים-פוזיטרונים. חלקיק ונוגד החלקיקים שלו, שהם הקלים ביותר ולכן אלה שעל פי הנוסחה של איינשטיין ידרוש הכי פחות אנרגיה כדי להופיע. והמינימום הזה ידוע גם כן: 1,022 MeV.
לפיכך, הכל נראה מוכן לחומר שיופיע לראשונה מחלל ריק במעבדה. המפץ המיני הגדול הזה יכול אפילו לקרות לפני 1030 W / cm2. מ 'מורו חושב שבאמצעות קרני X או גמא ניתן יהיה להפחית את הסף לסביבות 1023 ל -1024 W / cm2. זו בדיוק המטרה של ה- LOA לשנים הקרובות.
מאמר שפורסם במהדורת 19.10.05 של לה מונד