10 декабря в Стокгольме состоялось торжественное вручение Нобелевской премии по физике ученым Артуру Эшкину, Жерару Муру и Донне Стриклэнд за открытия в области лазерной физики. Профессор Института лазерных и плазменных технологий Национального исследовательского ядерного университета "МИФИ" (НИЯУ МИФИ) Сергей Попруженко рассказал корреспонденту проекта "Социальный навигатор" МИА "Россия Сегодня" о значении открытия Муру и Стриклэнд и о перспективах его применения для лазерной физики будущего.

– В чем суть открытия Стриклэнд и Муру?
Работа, которую они выполнили в 1985 году, привела к гигантскому прогрессу в увеличении максимально возможной интенсивности лазерных установок.

Долгое время считалось, что мощность поля ограничена тем, что рабочее тело лазера может выдерживать лишь определенную плотность энергии. Лазерные установки вышли на этот предел в 1980-х. Исследования, которые требовали большей мощности, относились к области научной фантастики.

В 1985 году Стрикланд и Муру придумали, как обойти это ограничение. К тому времени появились лазерные установки, создающие импульсы излучения сверхмалой длительности. Короткий лазерный импульс можно растянуть во времени, используя систему призм или дифракционных решеток так, что он немного меняет свой цвет от начала к концу, становясь более красным с одной стороны и более синим – с другой. Такой импульс от начала к концу немного меняет свой цвет.
Муру и Стрикланд пришла в голову следующая идея: можно взять фемтосекундный импульс усиленный до предела, и многократно растянуть его в тысячи и сотни тысяч раз, немного "подкрасив", так что у каждой его части будет своя частота, слегка отличающаяся от средней.

Что тогда произойдет с мощностью импульса? Она уменьшится. Лазерный импульс, который был на пределе мощности, пройдя через дифракционную решетку, растянется, его мощность многократно упадет. Потом мы можем опять его запустить в эту систему и снова увеличить до предела. А потом, отразив от следующей дифракционной решетки, вновь сжать.

Эта процедура приводит к тому, что интенсивность лазерного излучения увеличивается в тысячи раз. Стриклэнд и Муру показали, как эта идея работает, и оказалось, что её достаточно легко реализовать.

– К чему привело это изобретение?
К огромному росту доступной мощности лазерного излучения. За 30 лет она выросла в миллион раз. Кроме того, изобретение дало мощнейший толчок фундаментальной науке. Ученые приблизились к той области физики, которая ранее считалась недоступной для эксперимента.

– Когда НИЯУ МИФИ включился в эти исследования?
У нас был заведующий кафедрой теоретической ядерной физики, один из крупнейших в мире теоретиков, специалистов по квантовой электродинамике сильных электромагнитных полей, профессор Николай Борисович Нарожный. Он был знаком с Муру ещё с 1970-х годов, когда они одновременно стажировались в университете Рочестера в США.

В 2005 году на конференции по лазерной физике в Японии Муру и Нарожный встретились, и вспомнили друг друга. Встреча стала очень продуктивной. Когда Муру послушал доклад Нарожного, который предсказывал рождение пары "электрон и позитрон" из вакуума в сильном электромагнитном поле, и доклады других ученых, он понял, что его изобретение должно дать огромный импульс развитию фундаментальной физики, и если эту технологию применить на более совершенном уровне, удастся получить как раз те электромагнитные поля, о которых говорил Нарожный.

Муру задал вопрос: почему должна быть одна пара "электрон и позитрон"? Может быть, если увеличить интенсивность ещё сильнее, вакуум просто взорвется этими парами, выбросит их огромное количество. В результате у него родилась знаменитая фраза: "Моя мечта – сделать такую лазерную установку, которая взорвет вакуум".

– Как можно взорвать вакуум?
Эта идея возникла в обсуждениях Муру, Нарожного и других теоретиков. Электрон в лазерном поле может столкнуться с фотоном, и родить ещё одну пару "электрон и позитрон", а потом ещё одну. В результате возникнет каскад, подобный каскадам, возникающим при попадании космических лучей в атмосферу Земли. Такой "ливень" возникнет буквально из пустоты, если в ней сфокусировать мощное лазерное излучение.

Нарожный, Федотов, Корн и Муру опубликовали работу, где доказали, что эти каскады будут развиваться, и приведут к тому, что лазерное излучение полностью конвертируется в частицы – это и называется "взорвать вакуум". Правда, до реализации этой идеи еще далеко.

– Как развиваются проекты по созданию сверхмощных лазерных установок?
Самый известный проект Extreme Light Infrastructure (ELI), строящаяся лаборатория, состоящая из трех отдельных секций в Чехии, Румынии и Венгрии. Проект предполагает создание установки, которая даст интенсивность 10²⁴, а, может быть, 10²⁵ ватт на см². До изобретения Стриклэнд и Муру интенсивность не превышала 10¹⁵ ватт на см² .

Это недостаточно, для того чтобы реализовать идею Муру о взрыве вакуума, но это очень существенный шаг.

Следующий шаг – создание Международного центра экстремального света (XCELS) с самой мощной в мире лазерной установкой, которая выйдет на интенсивность 10²⁶ ватт на см² и выше. Такая установка была спроектирована при участии Муру и других ведущих мировых экспертов сверхмощной лазерной техники в Институте прикладной физики РАН в Нижнем Новгороде под руководство нынешнего президента Российской Академии Наук Александра Михайловича Сергеева. Сейчас проект ожидает решения о финансировании, возможно, присуждение Муру Нобелевской премии подтолкнет его.

– Какие ещё последствия может иметь присуждение Нобелевской премии?
Я думаю, в мире увеличится поддержка лазерных проектов. Общественность обратит внимание на это научное направление, о нем узнают школьники и студенты, и кто-то выберет эту область исследований для себя.

Это важно и для НИЯУ МИФИ, поскольку наш университет довольно глубоко интегрирован в эту работу, мы входим как теоретики в мегапроекты ELI и XCELS.

Несмотря на то, что лазеры ещё строятся, инфраструктура ELI уже начала работать. Я недавно был там, и узнал от директора проекта Георга Корна, что среди сотрудников проекта россияне занимают второе место по численности, и среди них много мифистов.

Отмечу, что МИФИ дает очень хорошие стартовые условия молодым людям, которые решили заниматься экспериментальной или теоретической лазерной наукой. Лаборатории, с которыми мы сотрудничаем находятся на самом переднем крае мировой экспериментальной лазерной науки.

Надеюсь, через нескольколет заработает установка ELI, и это будет предпоследний шаг к проверке на практике идей Муру, основанных на работах Николая Нарожного и других физиков-теоретиков.

А последний шаг будет сделан в России, если будет поддержан проект XCELS.

Похожие новости

  • 27/04/2016

    Сергей Салихов: мы будем поддерживать участие российских ученых в международных проектах

    ​На заседании ресурсного комитета ЦЕРН ( CERN ), проходящего в эти дни, обсуждается и вопрос участия России в качестве ассоциированного члена. Накануне мероприятия корреспондент STRF.ru расспросил директора Департамента науки и технологий Министерства образования и науки Российской Федерации Сергея Салихова о том, как участие в проектах уровня megascience влияет на развитие отечественного научно-промышленного комплекса.
    1393
  • 12/12/2018

    Жерар Муру: я очень рад, что принял участие в программе мегагрантов

    ​Программа мегагрантов и работа в Нижнем Новгороде, очищение космического пространства от мусора с помощью лазеров и сокращение времени жизни ядерных отходов — об этом в интервью Indicator.Ru рассказал Жерар Муру, лауреат Нобелевской премии по физике 2018 года.
    657
  • 22/01/2019

    Зачем в Европе хотят построить новый коллайдер?

    ​Европейский центр ядерных исследований (ЦЕРН) работает над концепцией нового коллайдера, который будет больше и мощнее ставшего знаменитым БАК. Разбираемся, для чего он нужен. В поисках Новой физикиКогда на Большом адронном коллайдере (БАК) был открыт бозон Хиггса, физики сразу заговорили, что теперь им необходима установка для более тщательного его изучения.
    923
  • 21/06/2019

    О технологическом брокерстве и Tinder для изобретателей

    Начиная с 5 июня лаборатория образовательного интенсива «Остров 10-22» — «Факультет новых рынков» — собирает партнерскую сеть для подготовки 50 технологических брокеров. Кто такой «технологический брокер», зачем он нужен ученым и как «лайки» в приложении помогут вывести проект на международные рынки, в интервью Indicator.
    101
  • 04/08/2016

    Ученые рассказали об источниках энергии на ближайшее будущее

    ​Солнечные электростанции вскоре станут самыми популярными источниками энергии на планете, уверены ученые. О том, какие материалы и технологии в ближайшем будущем позволят человечеству использовать дешевое и экологичное "солнечное" топливо, о последних публикациях в области "солнечных" материалов, эксперты, в том числе и российские, рассказали журналистам на пресс-конференции, прошедшей в Санкт-Петербургском государственном университете.
    1190
  • 08/05/2019

    Профессор АлтГУ Сергей Макаров: физика – наука всеобъемлющая

    ​Сергей Викторович Макаров – доцент кафедры общей и экспериментальной физики ФТФ АлтГУ. За добросовестный труд и высокие результаты в научной деятельности Сергей Викторович неоднократно удостаивался благодарственных писем и почетных грамот – в его портфолио более ста научных публикаций, а также десяток патентов.
    711
  • 14/03/2019

    Академик Александр Сергеев - о науке наводить мосты

    ​Соглашение о сотрудничестве в области научных, инженерных и медицинских исследований сроком на пять лет подписали в Вашингтоне президент Российской академии наук Александр Сергеев и глава Национальной академии наук США Марша Макнатт.
    312
  • 29/10/2018

    Супер-фабрика С-тау

    ​В программе ОТР "Большая наука. Великое в малом" директор Института ядерной физики имени Г. И. Будкера СО РАН академик Павел Логачев рассказал о том, какую роль в развитии научных исследований играет "Фабрика С-тау" и чем обусловлено ее название.
    442
  • 26/08/2016

    Андрей Гейм: считаю себя гражданином Европы

    Разговор с лауреатом Нобелевской премии, профессором Манчестерского университета Андреем Геймом состоялся после сессии "In conversation with Sir Andre Geim" на Европейском открытом форуме науки (ESOF2016).
    788
  • 23/05/2016

    Александр Замолодчиков: во многом физики СССР были впереди планеты всей

    ​Выдающийся физик, недавно избранный в состав Национальной академии наук (НАК) США, дал интервью корреспонденту ТАСС, в котором оценил состояние науки в СССР и России.  Александр Замолодчиков - выходец из бывшего Советского Союза, профессор в Университете Ратгерса (штат Нью-Джерси), лауреат множества премий.
    1150