你是否擁有過一個放大鏡玩具?想像一個像地球一樣大的鏡頭,現在把陽光集中到一個鉛筆尖的大小上。但如今,對於德克薩斯州的科學家的想法來說,這仍然是不夠好。他們想讓光更強烈到500倍。他們說,這樣就可以打開宇宙中最強大的輻射線的大門:伽瑪射線。
漫畫書的讀者可能會知道伽瑪射線。綠巨人就是因為核爆炸輻射γ射線,由一個文雅的科學家變成了的野生超級英雄的。原子核的放射性衰變是會形成自然的伽馬射線形式。除了危險材料,你還得必須看已看不一樣的地方,如黑洞附近或家附近大氣上的閃電中找到能夠使γ射線產生的自然力量
科學家們發現伽馬射線,像綠巨人那樣,是可以做類似英雄可以做到的那樣,如果這種射線是可以控制的話。在醫院中,現在根除癌症腫瘤,即在手術精度下使用「伽瑪射線刀」。這種射線也可以使大腦活動圖像化。伽瑪射線被用來快速掃描貨櫃中潛藏的危險物質。
但非放射性無知幾乎無法產生γ射線。為了實現,需要一個巨大的粒子加速器,正像是歐洲核子研究中心或實驗室的那樣。還沒有人能從雷射中製造產生一個伽馬射線。不過這是可能做到的,奧斯丁德克薩斯大學(UT)的科學家這樣說。
根據研究的物理學家亞歷克斯·瑞菲夫說,超級計算機可能有助於解開從雷射中產生適合於桌面使用的γ射線的一種新方法,他在奧斯丁的聚變研究所和德克薩斯大學高能量密度科學中心有著雙重研究職務。該項研究的合作者瑞菲夫說,「通過在自生電場中,增強由雷射驅動的電子束髮射的多兆電子伏(MeV)光子發射,」這種研究方法已經發表於《物理評論快報》雜誌上。
「我們發現的一個關鍵結論是,雷射脈衝可以有效地轉化成一束很高能量的光子束,」瑞菲夫說。「他們是比雷射脈衝束中的光子的能量超過一百萬倍以上的光子。直到最近,還沒有一種方法可以產生這樣的高能光子束。因此,這種提出的方法可以為一些應用程式也為基礎科學研究提供突破性的條件。」
瑞菲夫和其研究同時開啟德克薩斯拍瓦雷射器,這是一個在這個世界上最強大的雷射器。他們將目標鎖定在一塊堅實的塑料體上,這個塑料體與一個小房間鑽通,後者充滿了塑料泡沫。模擬是在一個超級計算機上進行,即德克薩斯高級計算中心(TACC),模擬結果表明,雷射穿過靶室而沒有產生一個洞,就像陽光透過玻璃。一路上它激發了泡沫中的電子。這種高能電子粒子的等離子體,然後釋放一個受控制的超高能光子束,即γ射線。
這項研究的領導戴維·斯塔克說,「能夠與德克薩斯拍瓦雷射器的研究人員合作很興奮,」這也是在德克薩斯大學奧斯汀分校進行的。「做這項研究的好處之一,是能夠將等離子體物理與恰好在我們這棟樓的地下室的光學能力結合起來。」斯塔克當時是德克薩斯大學奧斯汀分校物理系的一名研究生,並自從完成了他的博士學位,他繼續到洛斯阿拉莫斯國家實驗室進行研究工作。
科學家們發現的不僅僅是輻射,這項研究的共同作者託馬·湯加說。「概括地說,我們發現使用數值模擬的一個物理機制,我們將產生地球上有史以來產生的最高的磁場。另一個好處是,我們也會產生最強烈的伽瑪射線源。」湯加是德州大學奧斯汀分校的高能量密度的科學中心副主任。
雷射激發引起的超高能磁場是科學家描述目標「相對論透明度」的關鍵。例如,如果你把你的正常雷射指向一塊黑板,一些光線會反射,但主要是會被表面吸收。材料中的電子遵循雷射場和短路的振蕩,所以它不能在板內傳播。
「在我們的案例中,」湯加解釋說,「電子是越來越重,因為我們正在加速他們非常接近光速的速度。他們開始變得不動。他們對於雷射的高振蕩不再產生反應。突然,雷射可以在目標內部傳播,因為電子不能對雷射產生阻礙作用了。」