一個陽光宜人的上午，我見到了菲莉絲·阿爾貝（Félicie Albert），地點是在美國國家點火裝置（National Ignition Facility，簡稱NIF），這裡安放著世界上最強大的雷射器。當你用如此強大的設備來研究見於行星熔融核心以及恆星 「核熔爐」的極端物質形態時，門口那些荷槍實彈的警衛也就只能用來嚇唬嚇唬外人罷了。
「它是一種炙熱的緻密物質，那是一種非常難以捉摸的形態。」阿爾貝說，「它不會冷卻，也不會凝固，也算不上是等離子體……那真的很難形容。」
在建築內部，她帶我參觀了那臺巨大的雷射器。NIF的內部猶如巨大的洞穴，有三個橄欖球場那麼大。它由各種看似混亂實則井然有序的放大器、光學器件和管道組成，可以生成、校準和聚焦192束雷射，並將之聚焦到一個只有胡椒粒大小的燃料球上。這部雷射器於2009年啟用，它可以在五千萬分之一秒內產生並釋放500萬億瓦（你沒看錯，確實是500萬億）的雷射脈衝，從而創造出超過1億攝氏度的高溫和超過1,000億個大氣壓的高壓。
燃料球中含有氫同位素，它被放置在一個球形的靶室中（如下圖所示）。
NIF的主靶室。
這種充滿科幻感的外觀甚至為其贏得了一個銀幕角色：在電影《星際迷航：黑暗無界》中，它「扮演」了聯邦星艦「進取號」的曲速引擎核心。阿爾貝說，當雷射器發射時，整棟建築都會發出轟隆隆的迴響。雷射與燃料球的碰撞會產生大量的輻射——大部分是X射線——任何站在靶室附近的人都會受到傷害。「到不至於被瞬間蒸發，但會出現一些嚴重的健康問題。」阿爾貝說。
發射雷射時，現場需要有一位負責監督的物理學家，此人要診斷問題，並在必要時終止發射——阿爾貝就曾多次擔任過這一任務。到目前為止，NIF還沒有做到名副其實的「點火」，這裡的意思是指引發核聚變，釋放出巨大的能量，使聚變反應能夠自我維持。如果實現這點，那將成為開發清潔、可持續核能的關鍵一步。
當阿爾貝不在NIF時，她往往會在「木星雷射裝置」那裡。與NIF一樣，它也位於美國勞倫斯利弗莫爾國家實驗室的園區內。我們也去了那裡，參觀了一臺名為「泰坦」（Titan）的雷射器。通過一臺鞋履自動除塵機之後——雷射光學器件討厭灰塵——我們進入了「泰坦」雷射器的控制室。房間內的桌上擺放著各種「健腦食品」，比如橡皮糖、芝士餅乾和激浪飲料，科學家就坐在一旁對雷射器進行校準，為發射做準備。
阿爾貝的專長是利用高能輻射，對極端物質形態中，原子層面所發生的事進行拍照。眼下，她正忙著讓「泰坦」擔綱這一任務。NIF雷射器每發射一次，需要近24小時進行重新調試，而「泰坦」則不同，它在一天中可以執行多次任務，包括快速連續的發射。
阿爾貝正在使用一項名為「雷射尾波場加速」的技術，試圖讓「泰坦」生成電子迴旋X射線。為此，研究人員需要把雷射脈衝發射到一股氦氣之上，使其轉化為等離子態，然後電子會在很短的距離內，被加速到接近光速。在這樣的速度下，它們會發出超短X射線脈衝。
然而，儘管「泰坦」只需要1萬億分之一秒來做到這一切，但它還是太慢了：生成電子迴旋X射線的理想時間應該少於一萬億分之一秒的二十分之一。「我正在研究能否利用間隔稍長的雷射脈衝，來讓「泰坦」產生電子迴旋X射線。」阿爾貝說。
「泰坦」雷射器的氣嘴。
如果能做到這點，她將可以開展「泵浦-探測」實驗。在這項實驗中，兩束雷射脈衝中的第一束負責生成特殊的X射線，當第二束脈衝生成高能的奇異物質時，那些X射線就會用來給它們拍照。你可以把它想像成高速攝影的終極形態。「這種時間尺度的現象發生在了原子層面上。」阿爾貝說。此外，雷射尾波場加速技術還擁有另一種潛力：通過它，龐大的粒子加速器也許可以縮小成一臺電腦大小。
雷射光學器件。
就在我們交談期間，擴音系統響起了自動提示音。「『泰坦』靶區正在進行雷射發射前的蓄能，請撤離雷射間及『泰坦』靶區……發射倒計時3，2，1。」我們稍稍等了一會兒，然後穿上防塵服，我終於有機會一睹「泰坦」的真容。與NIF不同，「泰坦」只佔據了一個普通大小的房間。而且，利用它做研究的科學家可以自己進行調試，不需要依靠一支機械師團隊。「這項工作可能很辛苦，但我更喜歡自己動手。」阿爾貝說。為了能在分配時間內最大限度地用好這些雷射器，她有時每天工作18個小時，而且一幹就是好幾個星期，還要經常在機器內部或底下爬來爬去。不過話說回來，當你同世界上最強大的雷射器打交道時，保持高度專注是必不可少的。
翻譯：何無魚
來源：New Scientist
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