超級計算機點燃激發伽馬射線的雷射束

2020-12-05 OFweek維科網

  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。」

相關焦點

  • 閃電激發發光的極光「精靈」和絢麗的伽馬射線閃
    (圖源: ESA)長期以來,科學家一直在宇宙深處尋找伽馬射線。1994年,在窺視太空尋找這些信號的時候,NASA的一個儀器碰巧接收到了離自己不遠處地球上的雷暴雲射出的伽馬射線閃。這些閃光是地球上最高能量的自然現象,被稱作地球伽馬射線閃(TGFs)。
  • 人類或被這些天災毀滅,超級火山噴發,伽馬射線暴
    1、 超級火山火山噴發是非常危險的事情,而超級火山的噴發更是令人聞風喪膽。在一些資料的記載中,我們可以了解到,一座超級火山一旦噴發可以將數千公裡範圍內的所有東西毀於一旦,整個地區都會被6-20米厚的火山灰掩蓋住。超級火山爆發之後,所有生命被毀,然後地球會進入一個寒冬期,出現各種可怕的後果。
  • 量子領域的「光碟」行動,將點燃計算機的新春天
    人類最期待的科技發展隨著5G網絡、信息爆炸、雲存儲等等,多個有關通訊、網際網路、計算機關乎人類未來的多個尖端領域新名詞交集在一起的時候,人們開始有更多的憧憬。但事實上,在這三大尖端領域中,突破傳統計算機系統的天花板,面對海量信息處理時,依舊能從容應對,量子計算機系統及其優越的算法,似乎有天然的優勢。
  • 美嘗試用反物質造伽馬射線雷射器
    傳統雷射器的操作光波可從紅外線到X射線一網打盡,而伽馬射線雷射器則依靠比X射線更短的光波來運行,這就使其能產生波長僅為X射線千分之一的光波,從而能對非常微小的空間進行探測,並在醫學成像領域大展拳腳。不過,長期以來,建造伽馬雷射器一直是個難題。
  • 伽馬射線爆發釋放超級能量,未來人類命運何去何從?
    伽馬射線爆發危險嗎?伽馬射線暴與5億年前的生物示意圖 圖片來源:T.要說漫威教會了我什麼,那就是伽馬射線驅動的超級英雄和反派們都是最強大而令人生畏的。巧合的是,天文學家表示,伽馬射線爆發(即伽馬射線暴,又稱伽瑪暴)是宇宙中最劇烈的爆發事件。在一瞬間,一顆質量是我們太陽很多倍的恆星坍縮成一個黑洞,它的外殼從核心處被噴射出去。兩條光束從恆星中激射出來。
  • 最新動態:伽馬射線雷射的研究又向前邁進了一步
    伽馬射線雷射(gamma-ray laser)是一種會產生相干伽馬射線的設施,就像普通雷射器會產生可見光的相干射線一樣。加州大學河濱分校的物理學家艾倫·米爾斯(Allen Mills)通過研究與計算結果表明,充滿正電子素原子氣體的空心球形氣泡在液氦中是穩定的。
  • 伽馬射線或可毫無預警毀滅地球
    【環球科技綜合報導】據英國《每日郵報》8月3日報導,伽馬射線暴是宇宙最具威力的現象之一,它在1秒鐘內釋放的能量比太陽100億年中累計釋放的能量還要多,如果發生在地球附近,將為星球上的生命帶來滅頂之災。最近,YouTube上的一段視頻為我們解釋了伽馬射線暴現象,以及它毀滅地球的概率。
  • 超級計算機的100萬億倍!中國量子計算機「九章」為何這麼快?
    新京報貝殼財經訊(記者 羅亦丹)12月4日,由中國科學技術大學潘建偉、陸朝陽等組成的研究團隊構建了76個光子的量子計算原型機「九章」,該計算機處理特定問題的計算能力比目前最快的超級計算機快一百萬億倍,比2019年穀歌發布的53個超導比特量子計算原型機「懸鈴木」快一百億倍。
  • 超級計算機的100萬億倍!中國量子計算機「九章」為何這麼快?
    新京報貝殼財經訊(記者 羅亦丹)12月4日,由中國科學技術大學潘建偉、陸朝陽等組成的研究團隊構建了76個光子的量子計算原型機「九章」,該計算機處理特定問題的計算能力比目前最快的超級計算機快一百萬億倍,比2019年穀歌發布的53個超導比特量子計算原型機「懸鈴木」快一百億倍
  • 利用雷射束髮生器巧收太陽光
    三十多年來,塔式太陽能熱發電系統仍未被廣泛應用,其主要原因就是聚光瞄準技術一直沒有解決,由於太陽東升西落,地球上不同位置的角度也不一樣,現有的空間幾何計算方法不容易用計算機編程進行自動計算,使塔式太陽能熱利用技術到現在還停留在科學研究階段。  這一問題引起了何開浩的注意,但是到底從何處著手進行研究呢?
  • 伽馬射線,穿越時空?
    伽馬射線是上世紀初首先在鐳原子的放射性實驗中被發現的。除了放射性原子的衰變,伽馬射線也會在大氣層中因為閃電、雷雨或宇宙射線的激發產生。但其最大的來源還是天外的宇宙。好在地球的大氣層是天然的屏障,來自天外的伽馬射線基本上全在大氣層中被吸收而不會損害地球生物的健康。也正因為如此,觀測宇宙射線中的伽馬射線必須走出大氣層,用高空氣球或人造衛星轉載專門的儀器測量。
  • 伽馬射線暴是什麼?地球會被伽馬射線暴的超高能量完全蒸發掉嗎?
    伽馬射線暴發現於1967年,最初時是美國人為了監測前蘇聯的核試驗而發現的,美國的間諜衛星發現每天都有1到2次伽馬射線突然增強的現象,一度認為前蘇聯在頻繁進行核試驗,但又不相信他們每天都在進行核試驗,所以後來又發現這種射線爆發來自宇宙深空,後來天文學家們研究後認為它們大多產生於超新星爆發或者大質量天體合併現象。
  • 超級計算機模擬:解開粒子從黑洞中逃脫之謎
    為回答這一問題,帕弗雷及其團隊開展了一系列超級計算機模擬,「結合數十年來的理論,為等離子流從黑洞的強大引力場中竊取能量、並遠遠逃離黑洞血盆大口的驅動機制提供新線索」。換句話說,他們是想研究黑洞的極大引力如何能賦予粒子如此多的能量、使其能夠從黑洞中發射出去。
  • 中國「九章」問世,比最快的超級計算機快一百萬億倍
    根據現有理論,在「高斯玻色取樣」任務中,「九章」一分鐘完成的任務,超級計算機需要一億年。圖為光量子幹涉實物圖。根據目前最優的經典算法,「九章」對於處理高斯玻色取樣的速度比目前世界排名第一的超級計算機「富嶽」快一百萬億倍,等效地比谷歌去年發布的53比特量子計算原型機「懸鈴木」快一百億倍。量子計算機在原理上具有超快的並行計算能力,可望通過特定算法在密碼破譯、大數據優化、藥物分析等方面,相比經典計算機實現指數級別的加速。
  • 智能機器學會了用雷射束給捕獲的冷原子云製冷
    據澳大利亞國立大學(ANU)網站消息,該校和新南威爾斯大學(UNSW)科學家利用在線優化程序,教一臺機器學會了用雷射束給捕獲的冷原子云製冷,成為一個會做玻色—愛因斯坦凝聚(BEC)實驗的智能機器。  這臺智能機器經過學習模擬。
  • 讓科幻「點燃」未來
    新華社北京11月3日電 題:讓科幻「點燃」未來新華社記者張漫子、陽娜近日,在京舉辦的2020中國科幻大會上傳來一系列硬新聞:2019年中國科幻產業總產值達658.71億元,同比增長44.3%;北京投入科幻產業的專項資金將達5000萬元;10年內,一座佔地71.7公頃、建築面積16萬平方米的「科幻之城」將在首鋼園落成
  • 「黑洞」形成中的超強伽馬射線爆發,差點讓前蘇聯背了「黑鍋」!
    由於「黑洞」距離我們距離太遠,當一次伽馬射線暴發生後,在地球上接收到的信號也僅相當於在太空中引爆了一顆核彈。發現伽馬射線暴純屬偶然。事情起因於20世紀60年代末,世界正處於冷戰時期,美蘇兩大陣營相互敵視相互提防,核戰爭的風險已經到了一觸即發的程度,這期間,美國發射了一顆名為「維拉」的衛星,專門用於監測核爆炸引起的能量輻射。
  • 鄭州街頭商販賣雷射燈 10秒點燃火柴照眼可致盲
    近日,鄭州市中州大道等路段,有商販在兜售「雷射燈」,而從商販手中「雷射燈」射出的綠色雷射束,非常刺眼,司機反映極易幹擾視線,十分危險。這種「雷射燈」有啥危害?本期東方今報實驗室一一為您呈現。【實驗】準備:普通火柴一根 「雷射燈」一個 氣球一個10秒點燃火柴危險係數:★★★★過程:將「雷射燈」的焦點調至最細,在距火柴5釐米處,將焦點對準火柴頭的頂部,10秒時間火柴便被雷射點燃。原理:雷射是一種高聚能光束。
  • 超級計算機模擬或能解開粒子從黑洞中逃脫之謎
    為回答這一問題,帕弗雷及其團隊開展了一系列超級計算機模擬,「結合數十年來的理論,為等離子流從黑洞的強大引力場中竊取能量、並遠遠逃離黑洞血盆大口的驅動機制提供新線索」。換句話說,他們是想研究黑洞的極大引力如何能賦予粒子如此多的能量、使其能夠從黑洞中發射出去。
  • 學生追捧新玩具雷射筆 5米外能點燃鞭炮香菸(圖)
    可昨日讀者趙女士向記者反映,現在一種大功率雷射筆正在網上熱賣,這種雷射筆就有如此神奇的功能,趙女士擔心這種雷射筆發出的雷射束對人體有傷害作用,特別是落到小朋友手裡可能出現意外。記者看到,很多商品信息上都標註有「能點燃香菸」「遠距離安全點燃鞭炮」等字樣,打開一家廣東的店鋪,一款標價為49.9元的大功率雷射筆最近30天已經成功售出67件。賣家在其店鋪頁面上還上傳了一段四分鐘的演示視頻,雷射筆發出的光束觸到火柴頭僅一秒鐘,火柴立馬就會被點著,而且無論是通過鏡面反射還是隔著玻璃,點燃火柴的效率都是一樣的。