A valaha volt legerősebb, kétezer billió wattos (két petawattos) lézersugarat a japán Oszakai Egyetem tudósai lőtték ki nemrégiben a Laser for Fast Ignition Experiments (LFEX) nevű berendezéssel. A kísérlet ugyan csak egy petaszekundumig (a másodperc egy billiomod részéig) tartott, mégis komoly tudományos jelentősége van, mert lehetővé teheti az olyan jelenségek pontosabb vizsgálatát, mint az univerzum születése; ráadásul idővel új, szinte korlátlan erejű tiszta energiaforrásokat is kifejleszthetünk a segítségével.
Az LFEX által előállított lézersugárnak nagyjából egymilliárdszor nagyobb az energiája, mint egy átlagos futballstadion reflektorának vagy a London teljes területére jutó napsütésnek. Ahhoz, hogy megérthessük, pontosan mekkora is a teljesítménye, képzeljük el, mi történne akkor, ha ezt a hatalmas mennyiségű napenergiát egy alig hajszálnyi területre fókuszálnánk.
Az elmúlt években világszerte számos kutatóintézet kezdett olyan, az LFEX-hez hasonló, csúcsteljesítményű lézerek fejlesztésébe, mint a gigantikus kaliforniai National Ignition Facility, a dél-koreai CoReLS vagy az Oxford közelében épült Vulcan lézer. Mind közül a legerősebb valószínűleg az egyelőre még csak tervezési fázisban levő, nemzetközi összefogással megépülő Extreme Light Infrastructure lesz, amelyet Közép-Európában fognak felépíteni – és várhatóan tízszer akkora lesz a teljesítménye, mint az LFEX-é.
De vajon mi ösztönzi a tudósokat arra, hogy ilyen hatalmas kapacitású és költséges berendezéseket építsenek? És mivel tudják meggyőzni a politikusokat arról, hogy támogassák a projekteket?
Lemodellezhetjük az ősrobbanást
A szupererős lézerek segítségével képesek lehetünk lemodellezni olyan folyamatokat és jelenségeket, amelyeket ma még nem vagyunk képesek közelebbről megvizsgálni: utánozhatjuk például a csillagok – köztük a saját napunk – koronájában vagy a Jupiterhez hasonló gázóriások magjában uralkodó körülményeket.
Ha az egyszerű anyagot megpörköljük ezekkel a lézerekkel, azonnal elpárolog és ún. plazma lesz belőle. Olyan, elképesztően magas hőmérsékletű és rendkívüli sűrűségű ionizált gáz, amely a csillagászok szerint az univerzum egyik legfontosabb, a normál anyag 99 százalékát kitevő alkotóeleme.
A tudósok szerint a szuperlézerek segítségével kis léptékben, ellenőrzött laboratóriumi körülmények között akár az univerzum korai, az ősrobbanás utáni állapotát tükröző körülményeket is létrehozhatnánk, és így rengeteget tanulhatnánk a világegyetem keletkezéséről.
A csillagok energiája
A nagyenergiájú lézereknek a kutatáson túl nagyon is gyakorlati hasznosítási területei is lehetnek. Használhatják őket a gyógyászat területén vagy olyan, a jelenleginél jóval tisztább, biztonságosabb alternatív energiaforrások megépítésénél is, mint például a fúziós erőművek. Az LFEX megépítésének elsődleges célja is ez, a fúziós erőművekben rejlő lehetőségek kutatása volt.
A ma használt fissziós reaktorok a maghasadás során keletkező hőt használják fel áramtermelésre. Sajnos, eközben rengeteg radioaktív hulladék is keletkezik, amelynek biztonságos tárolása komoly és egyre nehezebben megoldható feladat. Az egyelőre csak elméletben létező fúziós erőművek rendszerbe állításával viszont kiküszöbölhetővé válhatna ez a probléma, a magegyesülés során ugyanis szinte egyáltalán nem keletkezik radioaktív hulladék. A fúziós fűtőelemeket jóval egyszerűbb lenne tárolni – és előállítani is, mivel a rendkívül ritka uránium helyett csak olyan, szinte korlátlan mennyiségben rendelkezésre álló anyagok kellenek hozzájuk, mint a lítium és a tengervíz.
A nukleáris fúzió hatalmas energiát termel, ez táplálja a csillagokat is. Az egyetlen bökkenő az, hogy a láncreakció beindításához rendkívül nagy energiára van szükség – de a kutatók szerint az LFEX-szel vagy más nagyteljesítményű lézerekkel ez a probléma is megoldható lehet.
Számtalan felhasználási területük lehet
A szuperlézerek idővel az olyan, rendkívül drága részecskegyorsítókat is kiválthatják, mint például a CERN. Emellett olyan, kiemelkedően jó röntgenfelvételek is készíthetők velük, amelyek lehetővé tehetik a biológiai szövetek olcsó és hatékony vizsgálatát.
A kutatók olyan lézervezérelt ionterápiás megoldások kifejlesztésén is dolgoznak, amelyeket remekül fel lehetne használni a rák kezelésében – és olcsó, hatékony megoldást jelenthetnének azoknak a pácienseknek a számára, akik ezzel a halálos kórral küzdenek.
Az LFEX-hez hasonló, nagyteljesítményű lézerek tehát nem a bogaras tudósok drága játékszerei csupán. Jelentős előrelépést hozhatnak jó néhány tudományos területen – az elméleti fizikától a rák diagnosztizálásáig és gyógyításáig.
