“羲和1號”（上海超強超短激光實驗裝置）產(chǎn)生的激光強度可能比十個太陽更“耀眼”，而正在建造中的“羲和2號”，未來所產(chǎn)生的激光，在某些參數(shù)上將接近100個太陽的總和！如此強大的激光，將為人類探索真空的奧秘、掌握正反物質(zhì)相互作用的規(guī)律創(chuàng)造研究條件。中國科學(xué)院院士李儒新在日前舉行的墨子沙龍上，描繪了羲和2號即將帶來的美妙科研前景。

部分參數(shù)將接近100個太陽

同步輻射光源、自由電子激光、超強超短激光、粒子對撞機……人類總在不斷設(shè)法獲得更高能量的粒子和更強的光源，以便在實驗室中探究宇宙的奧秘。

目前，位于浦東的張江科學(xué)城已初步形成世界最密集的光子科學(xué)大裝置集群，全面覆蓋從太赫茲長波長到伽馬射線短波長的各種光源，為前沿科學(xué)研究提供全波長的探測服務(wù)。

羲和是中國古代神話中十個太陽的母親。我國自主研發(fā)的超強超短激光裝置羲和1號，其瞬間功率達到1萬萬億瓦，聚焦到10微米后對應(yīng)的強度，相當(dāng)于把十個太陽輻射到地球的能量集中到一根頭發(fā)絲上。

“正在建造中的羲和2號功率更強大，部分參數(shù)將接近100個太陽的總和�！崩钊逍峦嘎叮�羲和2號預(yù)計到2025年建成，其聚焦后的激光強度有望高達1×1025瓦/平方厘米，“如此強大的激光可能會使真空產(chǎn)生擾動，或許可以探測到正反物質(zhì)相互作用”。

核電站發(fā)電的基本原理基于質(zhì)能轉(zhuǎn)化定律，由質(zhì)量產(chǎn)生能量。那么，質(zhì)量能純粹由能量轉(zhuǎn)化而來嗎？就在一個月前，美國布魯克海文實驗室的科學(xué)家宣布，他們用重離子加速器將金離子加速到2000億電子伏特，并使其周邊光子云進行對撞，結(jié)果發(fā)現(xiàn)產(chǎn)生了正反電子對。

布魯克海文實驗室的結(jié)果還只是用虛光子進行對撞，就初步揭開了能量如何直接轉(zhuǎn)換到物質(zhì)的神秘面紗。未來，利用羲和2號裝置，科學(xué)家計劃用實光子直接進行碰撞，從而更好地探究能量到質(zhì)量轉(zhuǎn)化的奧秘，“如果能夠掌握正反粒子相互作用的規(guī)律，人類或許就能獲得更為強大的能源，用以進行星際旅行”。

未來一間房即可容納大型強子對撞機

人造激光的強度極限在哪里？理論預(yù)測的強度極限是1×1029瓦/平方厘米。越過極限會怎樣？李儒新認為，從布魯克海文實驗室的實驗結(jié)果來看，一旦超越極限，能量可能就會轉(zhuǎn)變成物質(zhì)。“靜止的光子沒有質(zhì)量，但高能光子對撞產(chǎn)生了有質(zhì)量的電子。那就意味著，在真空中，能量可以產(chǎn)生質(zhì)量�！彼�說，這將對宇宙終極奧秘的探究產(chǎn)生巨大影響。

目前，人類還在努力提升粒子的能量。李儒新說，傳統(tǒng)方法加速電子，受到擊穿電壓的限制，無法讓粒子能量在很短距離內(nèi)迅速提升，因此只能靠“長跑”來逐步提升能量。比如，歐洲核子中心的大型強子對撞機（LHC），其周長達27公里，而能夠?qū)⒘Ｗ蛹铀俚降淖畲竽芰績H約0.01PeV（拍電子伏特）。

最近，天文學(xué)家在宇宙粒子中發(fā)現(xiàn)了超過1PeV的高能光子。“人類想要獲得更高能量的粒子，就必須探索新的粒子加速技術(shù)，而激光加速是一條非常有希望的道路�！崩钊逍峦嘎叮�就在不久前，中科院上海光機所的研究團隊在激光驅(qū)動等離子體尾波場加速領(lǐng)域取得了突破，獲得了高品質(zhì)電子束，使得這一早在1979年就提出的技術(shù)概念，在實用化道路上取得了里程碑式進展。

“激光加速可以擺脫電壓限制，讓電子無需漫漫‘長跑’，而以百米沖刺的速度獲得極高能量�！彼�解釋說，電子通過激光加速一米，相當(dāng)于在傳統(tǒng)加速器中跑過一公里的效果，“加速器體積若可縮小1000倍，即可用一個大廳來容納LHC”。同時，新技術(shù)也可使加速器造價更低。

令人期待的是，這種激光加速新技術(shù)還能使電子在能量迅速提升之后，再發(fā)出波長更短、品質(zhì)更高的激光，從而為發(fā)展新一代激光光源作準備。