ANN ARBOR, Michigan (AP) – In een nieuw gebouwde faciliteit van de Universiteit van Michigan (U-M), waar de krachtigste laser van de Verenigde Staten zal worden ondergebracht, wordt deze week het eerste experiment uitgevoerd.
Het experiment wordt uitgevoerd in ZEUS – kort voor Zettawatt-Equivalent Ultrashort Pulse Laser System – door onderzoekers van de Universiteit van Californië, Irvine. Zij reisden naar Ann Arbor in het kader van hun onderzoek naar extreem intense interacties van licht en materie, en hoe dergelijke interacties kunnen worden benut om deeltjesversnellers te doen krimpen.
Op het hoogtepunt van zijn vermogen zal ZEUS een laser van 3 petawatt zijn.
Drie petawatt is “3 met 15 nullen erachter”, aldus Louise Willingale, universitair hoofddocent elektrotechniek en computerwetenschappen in Michigan.
En “3 petawatt is 3000 keer krachtiger dan het Amerikaanse elektriciteitsnet,” zei ze.
Michigan kreeg 18,5 miljoen dollar van de National Science Foundation om ZEUS op te richten als een federaal gefinancierde internationale gebruikersfaciliteit.
Aanvankelijk zal de faciliteit – gehuisvest in een gebouw waarin het Gérard Mourou Center for Ultrafast Optical Science van de U-M is gevestigd – onderzoeksteams ontvangen die experimenten uitvoeren die een fractie van het volledige vermogen van de laser gebruiken. Het systeem zal geleidelijk worden opgevoerd en ZEUS zal naar verwachting in de herfst van 2023 beginnen met de belangrijkste experimenten.
De VS bouwden een kwart eeuw geleden de eerste petawattlaser ter wereld, maar hebben geen gelijke tred gehouden met ambitieuzere systemen in Europa en Azië. Hoewel ZEUS niet hetzelfde vermogen heeft als zijn overzeese tijdgenoten, zal zijn aanpak een laser simuleren die ruwweg 1 miljoen keer krachtiger is dan de 3 petawatt.
ZEUS zal voornamelijk extreme plasma’s bestuderen, een toestand van materie waarin de elektronen genoeg energie hebben om aan atomen te ontsnappen, waardoor een zee van geladen deeltjes ontstaat. Bijna het hele universum bestaat uit plasma. De zon is een voorbeeld van een plasma.
De experimenten zullen naar verwachting bijdragen tot een beter begrip van hoe het universum op subatomair niveau werkt en hoe materialen op snelle tijdschalen veranderen. Wetenschappers hopen ook dat zij zullen leiden tot de ontwikkeling van kleinere en compactere deeltjesversnellers voor medische beeldvorming en behandeling.
ZEUS zal “een enorm scala aan toepassingen hebben in wetenschap, technologie, techniek en geneeskunde”, aldus Willingale.
Voorstellen voor het gebruik van ZEUS zullen worden beoordeeld door een extern panel van wetenschappers en ingenieurs. Vanwege de financiering door de NSF zijn er geen kosten voor gebruikers wier experimentvoorstellen worden geselecteerd om onderzoek te doen, afgezien van hun eigen reiskosten naar de faciliteit.
De voorstellen zullen worden geselecteerd op wetenschappelijke verdienste en technische haalbaarheid, aldus Willingale.
Franklin Dollar, universitair hoofddocent van de afdeling Fysica & Astronomie van Cal-Irvine, en vier UCI-studenten zijn vorige week in Michigan aangekomen om hun experiment voor te bereiden.
“Een van de grootste uitdagingen in ons vakgebied is de toegang tot intens laserlicht van hoge kwaliteit,” zei Dollar. “ZEUS zal niet alleen de krachtigste laserbundel op het continent zijn, maar misschien nog belangrijker is dat het meerdere krachtige bundels zal leveren.
“In plaats van alleen hoogenergetische plasma’s te maken met een laser, is er een tweede bundel die ook met het plasma kan interageren,” zei hij.
ZEUS is een upgrade van de 0,5-petawatt laser van de Universiteit van Michigan, bekend als HERCULES.
Hoewel de onderzoekers van Michigan blij zijn met de geboorte van ZEUS, zijn ze zich ervan bewust dat hun naamgeving niet precies overeenkomt met de chronologie van de Griekse mythologie.
“HERCULES was de voorganger van ZEUS,” zei Willingale. “Het is een beetje achterlijk, want Hercules was de zoon van Zeus.
“We bouwen dus de vader na de zoon.”
