ガンマ線レーザーで未来を切り拓く

私たちの宇宙と同じ、あるいは違う宇宙が他にも存在するのでしょうか？ まあ、まだ分かりません。  

スティーブン・ホーキングの多元宇宙理論は、MCU では目立った概念であるものの、すべての宇宙がそれぞれ独自の空間、時間、物質、エネルギー、物理法則を持つという仮説的な集合であり、未だ証明されておらず、映画と理論物理学の領域にのみ存在している。

存在を証明するために必要なのは量子デバイスです。 これは単純に、量子力学的効果を利用して動作し、量子相互作用の制御と操作に依存して、古典的なシステムでは不可能な機能を実現するシステムです。

物理学では、量子とは、 量子とは、あらゆる物理的実体の最小量です。 たとえば、光の量子とは光子です。

さて、宇宙の謎を解明するために、 特別な量子デバイス、ガンマ線レーザーが必要になります。

この仮想装置は、通常のレーザーが可視光線のコヒーレント光線を生成するのと同様に、コヒーレントガンマ線を生成することができる。ガンマ線（記号γ）は、原子核の放射性崩壊などの高エネルギー相互作用から発生する、透過性の高い電磁放射線の一種である。また、太陽フレアなどの天文現象からも発生する。 

ガンマ線は、X線よりも波長が短い、最も波長の短い電磁波です。周波数は30エクサヘルツ以上、波長は10ピコメートル未満です。ガンマ線光子は、あらゆる形態の電磁放射線の中で最も高い光子エネルギーを持っています。

数年前、科学者たちは 検出された パルサーと呼ばれる死んだ恒星から、これまでで最もエネルギーの高いガンマ線、20テラ電子ボルト（可視光線の約XNUMX兆倍）が放射されました。 

一方、昨年末、天体物理学者たちは 捕捉した 超大質量ブラックホールM87からのガンマ線フレアの画像。

イメージソース： カリフォルニア大学

今年初め、強力なガンマ線フラッシュのマルチセンサー検出 ました 観測された 2つの雷の衝突により¹放電と同期して地表ガンマ線フラッシュ（TGF）が観測されたのはこれが初めてであった。 雷の。

ガンマ線はさまざまな宇宙現象で観測されており、特定の実験を通じて積極的に研究・生成されています。

ガンマ線レーザー実験と実現可能性調査

ガンマ線は、透過力が非常に強く、いくつかの利点がある高エネルギー電磁放射線の一種です。さまざまな分野で。 

潜在的な用途としては、医療用画像、宇宙船の推進、 癌治療、そして恒星間旅行。その大きな可能性を踏まえ、世界中の科学者たちはコヒーレントガンマ線を生成するガンマ線レーザー（グレイザー）の開発に取り組んでいます。 

ロチェスター大学の科学者たちは、この研究のために連邦政府から資金援助を受けており、 コヒーレント光源の実現可能性の研究.

1980年代にロチェスター大学のジェラール・ムルとドナ・ストリックランドは チャープパルス増幅 レーザーのピーク出力を高める技術であるCPA（Chemical-Physical Analysis of Laser Power）は、後に2018年のノーベル物理学賞を受賞しました。しかし、ガンマ線を生成するレーザーの開発は未だ実現されていません。この課題を解決するため、研究が進められています。 高密度の電子束が強力なレーザー場と衝突したときに放出される放射線のコヒーレンス特性。 これは、コヒーレントガンマ線を生成する方法を理解するのに役立ちます。

「コヒーレントガンマ線を生成する能力は、可視光線とX線源の発見と開発が原子の世界に対する私たちの根本的な理解を変えたのと同様に、新しい種類の光源を生み出す科学的革命となるだろう。」

– 主任研究者、アントニーノ・ディ・ピアッツァ兼教授 物理学 大学にて

電子がレーザーと相互作用して高エネルギー光を放出する仕組みを研究するため、研究者らはまず1個または2個の電子がどのように光を放出するかを調べ、その後、多数の電子がコヒーレントガンマ線を生成するより複雑な状況を調査する予定だ。 

「「このようにガンマ線を生成しようとした科学者は私たちが初めてではありません」とディ・ピアッツァ氏は言う。 当時。 "しかし、私たちはこの問題に対処するための高度なアプローチである完全な量子理論、つまり量子電気力学を使ってこれを行っています。「

ガンマ線レーザーを開発するもう 1 つのアプローチは、核異性体励起です。 

A 研究論文² 数ヶ月前に、特定の同位体の原子核を高エネルギーの原子核状態へと励起する方法を概説しました。中性子照射を用いて、異性体原子核を準安定異性体状態へと励起し、その後ガンマ線の誘導放出を引き起こして原子核からのコヒーレンスを実現します。

彼らの新しい「やや型破りな」方法は、中性子の衝撃中に結晶格子をシフトさせることで「グレーザーのジレンマ」を解決することを目指しています。 

「この技術は、非常に強力なレーザーを作り出す可能性を秘めており、 利用される レーザー兵器を含む様々な用途で「」と、ブルガリア空軍アカデミーのゲオルギ・ベンコフスキー航空装備技術学部のヨルダン・カツァロフ氏は指摘する。

現在、コロラド大学デンバー校の科学者らは、将来ガンマ線レーザーの実現を可能にするチップを開発した。

手のひらに収まるほど小型のこの画期的な量子デバイスは、これまで巨大粒子加速器でしか実現できなかった極限の電磁場を生成できます。親指ほどの大きさのこのチップは、そう遠くない将来、何マイルも続く粒子加速器に取って代わり、宇宙の深遠な謎を解き明かし、多元宇宙論を検証し、強力なガンマ線レーザーを生成してがん細胞を原子レベルで破壊し、その他の革新的な医療を可能にする可能性を秘めています。

スワイプしてスクロール→

小さなチップがガンマレーザーの夢を手の届くところに

量子科学、材料、技術の理論的および実験的研究を扱うジャーナルであるAdvanced Quantum Technologiesに掲載された 最新の研究³ 6月号の表紙を飾った。

研究で指摘されているように、プラズモンを使用することで電磁エネルギーをナノメートルレベルで閉じ込めることが可能です。

プラズモンはプラズマ振動の量子であり、 プラズマまたは金属内の電子密度の急速な振動です。 これらの準粒子は伝導帯電子ガスの集団振動によって形成されます。 

また、「極限プラズモンは、前例のないペタボルト/メートル（PV/m）の電界（非常に高い電界強度）へのアクセスを含め、比類のない可能性を解き放ちます。このことは、大規模な電磁エネルギーをナノメートルレベルで閉じ込めることによって、素粒子物理学や光子科学を含む幅広い新しい可能性を切り開きます」と研究は指摘しています。

そこで研究者らは、量子運動論的枠組みに基づいてこのクラスのプラズモンの分析モデルを開発しました。

この最新の進歩は コロラド大学デンバー校で物理学と化学の理解に革命を起こすことを目指しています。

「この技術は全く新しい研究分野を開拓し、世界に直接的な影響を与えるので、非常に興奮しています。」

– Aakash Sahai 氏、デンバー大学電気工学助教授

サハイ氏は、研究室でこの技術に取り組んでいる学生のカリン・ティルマラセッティ氏とともに、SFを現実のものにするための新たなツールを科学界に提供することに近づいている。

「過去には、レーザー、コンピューターチップ、LEDにつながる原子レベルの構造など、私たちを前進させる技術革新がありました。今回のイノベーションは、 も基づいています 材料科学に関するものも同様の方向だ」とサハイ氏は付け加えた。 プラズマ物理学の博士号を取得 デューク大学で学士号、スタンフォード大学で電気工学の修士号を取得。

何がありますか 達成された この研究は、これまで不可能だった実験室で極度の電磁場を作り出す方法である。.

これらの電磁場は、コンピュータチップから超粒子加速器まであらゆるものに動力を与えています。超粒子加速器は、素粒子を極めて高いエネルギーで加速・衝突させ、物質、エネルギー、初期宇宙の性質についての知見を得ようとしています。 

物質内の電子が極めて高速で振動し跳ね返るときに、これらの電磁場が 作成されます.

しかし、高度な実験を行うのに十分な強さの場を作り出すには、巨大で高価な施設が必要です。

例えば、暗黒物質を研究する科学者は、大型ハドロン衝突型加速器（LHC）のような装置を使用します。 欧州原子核研究機構（CERN）では、 世界最大の素粒子物理学研究所は スイス。 LHCは世界で最も強力な粒子加速器であり、 この計画は、16.7マイル（27キロメートル）の超伝導磁石のリングと、その途中で粒子のエネルギーを高めるための複数の加速構造から構成されています。

このような規模の実験を行うには膨大なリソースが必要です。非常に高額なだけでなく、不安定になる可能性もあります。

この問題を克服するために、サハイ氏の研究室は親指ほどの大きさのシリコン (Si) ベースのチップのような材料を開発しました。

シリコンは、不純物を加える（ドーピングする）ことによって特性（電気伝導性）を変えることができる半導体であり、携帯電話などの日常的なデバイスや自動運転車に搭載されるマイクロチップの製造に使用されます。

この新しいチップ状の材料は、高エネルギー粒子ビームを扱い、エネルギーの流れを制御することができます。また、科学者や研究者が電磁場にアクセスすることを可能にします。 生産されている 量子電子ガスの振動によって。そしてこれらすべてが、ごく小さな空間で実現されているのです。

急速な動き（振動）によって電磁場が生成され、一方、サハイ氏の技術により、材料は振動によって発生する熱の流れを管理できるようになり、サンプルを安定して無傷の状態に保つことができます。

「物質の根本的な構造を保ちながら、これほどの高エネルギーの流れを制御できることが、まさに画期的なことです。この技術革新は、世界に真の変化をもたらす可能性があります。自然の仕組みを理解することが重要なのです」 そしてその知識を活用して世界に良い影響を与えます。「

– ティルマラセッティ

彼らの技術は ： 長距離加速器をチップに縮小し、科学者がこれまでにない方法で活動を観察できるようにします。

同大学はすでに米国および国際的にこの技術の暫定特許を申請し、取得している。

しかし、この技術が実際に現実世界で応用されるまでには何年もかかるだろう。 

実際のところ、テクノロジーの基礎的な仕事の一部は XNUMX年前 2018年、サハイ氏が反物質加速器に関する研究を発表した際、彼はこう述べた。

「しばらく時間がかかるだろうが、私が生きている間に実現する可能性は非常に高い」

そうは言っても、 それは、宇宙の仕組みをその基本的な規模でより深く理解し、生活を向上させる上で大きな可能性を秘めています。 サハイ氏が指摘したように、これによってガンマ線レーザーも現実のものとなる可能性がある。

「細胞の核だけでなく、その下にある原子核に至るまで、組織の画像化が可能になります。つまり、科学者や医師は核レベルで何が起こっているのかを観察できるようになり、このような小さなスケールを支配する巨大な力に対する理解が加速し、より優れた治療法や治療法の開発につながる可能性があります」と彼は説明した。「最終的には、ガンマ線レーザーを開発して核を変化させ、ナノレベルでがん細胞を除去できるようになるでしょう。」

この研究のタイトルでもある「極限プラズモン」技術は、多元宇宙の可能性を検証するのにも役立つ可能性がある。

しかし、この超小型チップの研究はまだ終わっていない。サヒ氏とティルマラセッティ氏は今後、スタンフォード大学が運営し、米国エネルギー省（DOE）の資金援助を受けている世界クラスの施設であるSLAC国立加速器研究所で、シリコンチップの材料とレーザー技術の改良に注力する。 技術はテストされた.

超強力レーザーによる量子真空のシミュレーション

このように、宇宙から研究室に至るまで、宇宙で最も強力な光に対する私たちの理解は急速に進化しています。 

遠方のパルサーからのガンマ線バーストを捉え、超大質量の ブラックホールのフレア 高エネルギーの輝きを放ち、地球のガンマ線フラッシュを発生させる雷のような衝突も記録しました。現在、私たちは地球上で同様の状況を再現する方法を学んでいます。 

数か月前、オックスフォード大学の物理学者たちは、強力なレーザー光線が光のない場所に光を発生させる様子をシミュレーションし、理論的な概念を現実のものにしました。 

物理学者たちが成し遂げたことは、強力なレーザービームが量子真空にどのような影響を与え、変化させることができるかを示す 3D シミュレーションを初めて作成できたことです。

Communications Physics誌に掲載された 研究⁴ 高度な計算モデルを使用して、強力なレーザーが量子真空とどのように相互作用するかをシミュレートし、その過程で光子が互いに跳ね返って新しい光線を生成する様子を明らかにします。

シミュレーションでは真空四波混合（FWM）を再現した。これは量子物理学で予測されている現象で、3つの集中したレーザーパルスの結合した電磁場が真空の仮想電子・陽電子対を分極させ、「暗闇からの光」プロセスと呼ばれる新しいレーザービームを生成することができるとされている。 

「これは単なる学術的な好奇心ではありません。これまで主に理論的なものでした量子効果を実験的に確認するための大きな一歩です。」

– 研究共著者のオックスフォード大学教授ピーター・ノリーズ氏

シミュレーション 実行された レーザーをモデル化するシミュレーションソフトウェア（OSIRIS）の高度なバージョンを使用して 梁の相互作用 プラズマまたは物質と共に。

「私たちのコンピュータプログラムは、これまでは捉えきれなかった量子真空相互作用を、時間分解の3次元的な窓から捉えることを可能にしました。このモデルをXNUMXビーム散乱実験に適用することで、相互作用領域と重要な時間スケールに関する詳細な知見とともに、量子特性の全範囲を捉えることができました。」

– 研究の筆頭著者であり、オックスフォード大学物理学部の博士課程学生であるジシン（リリー）・チャン

これらのモデルは、レーザーの形状やパルスのタイミングなどの実際の実験を設計するために研究者によって使用されます。 さらに、シミュレーションにより、ビーム形状の小さな非対称性でも結果がどのように変化するか、また相互作用がリアルタイムでどのように進行するかについて新たな洞察が得られます。

研究チームは、このツールが将来の高エネルギーレーザー実験の計画に役立つだけでなく、暗黒物質の有力候補であるアクシオンのような仮説上の亜原子粒子の兆候を探すのにも役立つと考えている。

「最先端のレーザー施設で計画されている幅広い実験は、 大いに助けられる 「OSIRISに実装された新しい計算手法によって、この成果が明らかになりました」と、研究共著者でリスボン大学高等工科研究所教授のルイス・シルバ氏は述べています。「超高強度レーザー、最先端の検出技術、最先端の解析・数値モデリングの組み合わせは、レーザーと物質の相互作用における新時代の基盤であり、基礎物理学に新たな地平を開くでしょう。」

レーザー技術への投資

ガンマ線レーザーはまだ 実現された、一般的なレーザー技術に携わる企業への投資可能性を検討します。 

L3Harris Technologies (LHX ) は、防衛・航空宇宙分野における先進的なフォトニクスおよび高エネルギーレーザーシステムの大手企業です。同社は、コンパクトサイズと高性能で知られる様々なレーザーシステムを製造しています。 

時価総額50.7億ドルのLHX株は現在272.31ドルで取引されており、年初来で29%上昇しています。今月初めには、280.52月の安値から45%以上上昇し、最高値8.96ドルを記録しました。これにより、EPS（過去30.27ヶ月間）はXNUMX倍、PER（過去XNUMXヶ月間）はXNUMX倍となっています。

LHX の株主は 1.77% の配当利回りを享受できます。

L3ハリス・テクノロジーズの財務状況について、同社は5.4年第8.3四半期の売上高が2億ドル、受注額が2025億ドルと発表しました。営業利益率は10.5%、調整後セグメント営業利益率は15.9%でした。一方、希薄化後EPSは2.44ドル、非GAAPベースの希薄化後EPSは16%増加し、2.78ドルとなりました。