آمریکا با آزمایش لیزری فوق‌العاده قدرتمند به نام «ZEUS»، گام بزرگی در فناوری لیزرهای پرقدرت برداشت. این لیزر در مدت بسیار کوتاهی توانی فراتر از کل برق مصرفی زمین ایجاد کرد و قدرتمندترین لیزر ایالات متحده شناخته می‌شود.
بنابر اعلام دانشگاه میشیگان، اولین آزمایش رسمی سامانه لیزری ZEUS (مخفف Zettawatt-Equivalent Ultrashort pulse laser System) موفق به تولید توان چشمگیر 2 پتاوات (2 هزار تریلیون وات) شد. در مقام مقایسه، این مقدار بیش از 100 برابر کل برق سراسر زمین است؛ البته این توان فقط مدت بسیار کوتاهی 25×10⁻¹⁸ ثانیه (25 کوینتیلیونم یک ثانیه) برقرار بود.
لیزری که به نام قدرتمندترین خدای اساطیر یونان باستان، زئوس، نام‌گذاری شده، حالا واقعاً در حد و اندازه نامش ظاهر شده است. این سیستم که به اندازه سالن ورزشی مدرسه است، جانشین لیزر پیشین همین دانشگاه با نام «HERCULES» شده که توان خروجی آن به 300 تراوات می‌رسید.
در این آزمایش، پالس لیزری به درون سلولی پر از گاز هلیم تابانده شد. وقتی لیزر به ذرات هلیوم برخورد کرد، الکترون‌ها از اتم‌های هلیم جدا شدند و پلاسما شکل گرفت؛ حالتی که در آن ترکیبی از یون‌های مثبت و الکترون‌های آزاد به وجود می‌آید.
این الکترون‌های آزاد پشت موج حاصل از پالس لیزر شروع به شتاب‌گرفتن کردند؛ این پدیده با نام شتاب‌دهی Wakefield شناخته می‌شود. ازآنجایی‌که نور در پلاسما با سرعت کمتری حرکت می‌کند، الکترون‌ها می‌توانند به پرتو لیزر برسند و حتی از آن پیشی بگیرند.
این آزمایش در واقع مقدمه‌ای برای آزمایش اصلی سامانه لیزری ZEUS است که قرار است تا پایان سال جاری میلادی اجرا شود. در آن مرحله، الکترون‌هایی که با کمک لیزر شتاب گرفته‌اند، با پالس‌های لیزری دیگری که از جهت مخالف تابیده می‌شوند، برخورد خواهند کرد. نتیجه این برخورد به‌شکلی است که قدرت لیزر 3 پتاواتی، در ظاهر تا یک‌میلیون برابر بیشتر به نظر می‌رسد و همین ویژگی دلیل وجود عبارت معادل زتاوات یا «Zettawatt-Equivalent» برای این سامانه لیزری بوده است.
برای اینکه لیزر ZEUS با قدرت بسیار زیاد خود به هوای اطرافش آسیب نزند، از ابزارهای نوری ویژه‌ای برای انکسار استفاده می‌شود. این ابزارها پالس اولیه لیزر را که در محدوده مادون‌قرمز قرار دارد، در بازه‌ای زمانی پخش می‌کنند؛ یعنی آن را کمی طولانی‌تر و کشیده‌تر می‌کند.
یکی از اهداف اصلی ZEUS تولید پرتوهایی از الکترون با انرژی مشابه شتاب‌دهنده‌های ذره‌ای بسیار بزرگ در ابعادی کوچک‌تر و با هزینه‌ای بسیار کمتر است. ساخت ZEUS فقط 16 میلیون دلار هزینه داشته و دانشگاه میشیگان آن را بسیار مقرون‌به‌صرفه توصیف می‌کند.
به‌رغم اینکه شلیک ZEUS فقط چند کوینتیلیونم یک ثانیه طول کشید، نتیجه آن نشان‌دهنده سال‌ها تحقیق، توسعه و کالیبراسیون دقیق است. همین لحظات کوتاه فرصت‌های بزرگی برای آینده علم فراهم می‌کنند.
«ویچسلاو لوکین»، مدیر برنامه بخش فیزیک در بنیاد ملی علوم آمریکا (NSF) و ناظر پروژه ZEUS، درباره این پروژه گفت:
«پژوهش‌های بنیادی مرکز ZEUS می‌تواند کاربردهای زیادی داشته باشد، ازجمله اینکه به بهبود تصویربرداری بافت‌های نرم کمک کند و فناوری‌های درمان سرطان و سایر بیماری‌ها را توسعه دهد.»
درعین‌حال، ZEUS می‌تواند به پژوهش در زمینه جت‌های پوزیترون اطراف سیاه‌چاله‌ها یا مکانیسم‌های فوران پرتوهای گاما نیز کمک کند.
«فرانکلین دالر»، استاد فیزیک و نجوم دانشگاه کالیفرنیا و ناظر این آزمایش گفت:
«یکی از ویژگی‌های جالب ZEUS این است که فقط چکش لیزری بزرگ نیست، بلکه می‌توان پرتو لیزرش را به چندین بخش تقسیم کرد. داشتن چنین منبع ملی مهمی که به استفاده‌کنندگان خود فرصت می‌دهد روی ایده‌های نویدبخش علمی کار کنند، نقش مهمی در بازگرداندن جایگاه پیشروی آمریکا در علوم لیزرهای پرقدرت خواهد داشت.»
آزمایش موفق سامانه ZEUS گام مهمی در پیشرفت فیزیک لیزر و ذرات به شمار می‌رود. این پروژه نه‌فقط از نظر فناوری پیشرفته و مقرون‌به‌صرفه است، بلکه می‌تواند جایگزینی برای شتاب‌دهنده‌های بزرگ و پرهزینه باشد. ZEUS همچنین بستری برای پیشبرد مطالعات بنیادی در حوزه‌هایی مانند فیزیک ذرات، اخترفیزیک، تصویربرداری پزشکی و درمان سرطان فراهم کرده است.
