Một nhóm nhà khoa Hàn Quốc tạo ra chùm laser cường độ cao nhất với năng lượng 1.023W/cm2.
Các nhà nghiên cứu có thể tập trung xung laser vào một điểm có kích thước chỉ hơn một micromet, chưa đến 1/50 đường kính sợi tóc người. Cường độ laser lập kỷ lục này tương đương với tập trung mọi ánh sáng truyền từ Mặt trời đến Trái đất vào một điểm lớn cỡ 10 micromet, chỉ nhỉnh hơn một chút so với kích thước tiêu chuẩn của hồng cầu (6 – 8 micromet).
Những xung cường độ cao được tạo ra từ hệ thống laser petawatt. (Ảnh: Nam Chang-hee).
Đây là thành tựu của Trung tâm Khoa học Laser Tương đối (CoReLS) thuộc Viện Khoa học Cơ bản (IBS) ở Daejeon, Hàn Quốc, sử dụng một hệ thống gương, thấu kính, cảm biến, thiết bị khuếch đại năng lượng,… vô cùng phức tạp. Các nhà nghiên cứu mất hơn một thập kỷ để đạt được cường độ laser mới, phá kỷ lục trước đó là 1.022 W/cm2 của nhóm chuyên gia ở Đại học Michigan năm 2004. Laser cường độ siêu cao có thể giúp kiểm tra hiện tượng vật lý thiên văn xảy ra trong điều kiện cực cực hạn, bao gồm ngoài không gian, hoặc phát triển công nghệ điều trị bệnh.
“Công trình này cho thấy laser CoReLS PW là laser mạnh nhất thế giới”, giáo sư Nam Chang-hee, giám đốc CoReLS, cho biết. “Với cường độ laser cao nhất từ trước tới nay, chúng tôi có thể giải quyết những lĩnh vực khó của khoa học thực nghiệm, đặc biệt là điện động lực học lượng tử của trường mạnh (QED) vốn chỉ được xây dựng trên lý thuyết. Chúng tôi có thể khám phá các vấn đề vật lý liên quan tới sự phân tán electron – photon và photon – photon”.
Laser 1.023 W/cm2 có thể dùng để kiểm tra hiện tượng phía sau tia vũ trụ năng lượng cao, những tia mang năng lượng hơn một triệu tỷ electronvolt (eV). Dù các nhà khoa học biết các tia này bắt nguồn từ đâu đó ngoài hệ Mặt trời, chúng ra đời như thế nào và cấu tạo ra sao vẫn còn là điều bí ẩn.
Theo giáo sư Nam, người đang công tác ở Viện Khoa học và Công nghệ Gwangju, ngoài giúp giới nghiên cứu hiểu rõ hơn hiện tượng vật lý thiên văn, chùm laser mới cũng cung cấp thông tin cần thiết để phát triển những nguồn lực phục vụ điều trị bằng bức xạ, như sử dụng proton năng lượng cao để chữa ung thư.
Để đạt cường độ laser siêu cao đòi hỏi chùm laser có công suất cực cao và chiếu laser vào điểm nhỏ hết mức có thể. Trong khi chùm laser sóng liên tục có cường độ ở cấp megawatt, những hệ thống laser với xung ngắn có thể đạt mức công suất cao hơn nhiều thông qua phóng năng lượng trong thời gian vài femto giây. Một femto giây chỉ bằng một phần triệu tỷ giây.
CoReLS đã vận hành hệ thống laser 4 petawatt từ năng 2016, nhưng hồi tháng 4, nhóm nghiên cứu mới lập kỷ lục. Họ sử dụng hệ thống quang thích ứng gồm nhiều gương biến dạng để điều chỉnh chỗ méo hình. Gương biến dạng có bề mặt phản chiếu hơi giống đĩa vệ tinh, có thể khắc phục hiện tượng méo ở tia laser và tạo ra chùm tia tập trung vào một điểm cực nhỏ. Kết quả nghiên cứu được công bố trên tạp chí Optica.