Technische Innovation

100 Petawatt: Super-Laser soll Energie in Materie umwandeln

Nicolas Meudt Autor, Hemd & Hoodie

Mit der „Station of Extreme Light“ wollen chinesische Forscher einen Super-Laser erschaffen, der buchstäblich die Leere des Weltraums auseinanderreißen kann.

Das Team um den Physiker Ruxin Li ist bekannt dafür, Rekorde zu brechen. Im Jahr 2016 beispielsweise vermeldete es, mit der „Shanghai Superintense Ultrafast Laser Facility” (SULF) einen Laserstrahl mit einer Leistung von 5,3 Billiarden Watt (5,3 Petawatt, Abkürzung: PW) erzeugt zu haben. Der einzige Grund, warum der Impuls nicht im gesamten Umland die Lichter ausgehen ließ, war seine Dauer. Sie lag bei weniger als einer Pikosekunde, dem Billionstel einer Sekunde. Bis zum Ende dieses Jahres wollen die Forscher sogar die Marke von 10 PW erreichen – dies entspräche mehr als dem 1.000-fachen der Leistung aller Stromnetze dieser Erde.

Doch damit nicht genug: In den kommenden Jahren wollen Li und seine Kollegen in 20 Metern Tiefe die „Station of Extreme Light“ (SEL) errichten und 2023 sogar in der Lage sein, kurze Energieleistungen von 100 PW zu erzeugen. Voraussetzung für das Gelingen dieses Vorhabens sind ein unglaubliches Maß an Präzision und Kontrolle. Denn das Team plant, mithilfe eines optischen Gitters vier einzelne Laserimpulse in ihre Komponenten aufzuteilen. Diese wollen sie mit einem hochenergetischen Pumpstrahl treffen, sie erneut zu einer Einheit verdichten sowie die vier unterschiedlichen Pulse übereinanderstapeln.

Super-Laser SEL könnte „das Vakuum brechen“

Da der resultierende Strahl auf eine Fläche von lediglich drei Mikrometern fokussiert wird, könnten derart extreme Temperatur- und Druckwerte erzeugt werden, die so auf der Erde normalerweise nicht vorkommen. Sowohl die Astrophysik als auch die Materialwissenschaften könnten von diesem Fortschritt enorm profitieren, etwa indem astrophysische Szenarien wie die Entstehung von Planeten simuliert werden. Darüber hinaus soll der Laser für die Beschleunigung von Partikeln genutzt werden, um beispielsweise in der Medizin bei der Bekämpfung von Krebs zu helfen.

Bereits die auf diesem Bild zu sehende „Shanghai Superintense Ultrafast Laser Facility” gilt als Super-Laser. Die „Station of Extreme Light“ allerdings soll noch einmal um ein Vielfaches stärker werden. Bild: SULF – Kan Zhan

Ein weiteres mögliches Szenario könnte nach Lis Einschätzung sein, ein Loch in die Leere des Weltraums zu schießen. Dieses Phänomen ist als „das Vakuum brechen“ (englisch: „breaking the vacuum“) bekannt und hätte zur Folge, dass im Laufe des Prozesses Elektronen und Antimaterie-Positronen aus dem All gerissen werden. Dies würde nicht weniger bedeuten, als Einsteins berühmte Formel E=mc² umzudrehen – und gleichzeitig ihre Richtigkeit ein weiteres Mal zu validieren. Denn bislang ist es zwar gelungen, Materie mittels atomarer Energie in intensive Wärme und Licht umzuwandeln. Allerdings hat es noch niemand geschafft, Energie in Materie zu konvertieren. Nichts Geringeres hat Li jedoch vor. „Das wäre sehr aufregend“, sagt er. „Es würde bedeuten, dass man aus dem Nichts etwas erzeugen kann“. Zahlreiche Vorhersagen und Theorien der Quantenelektrodynamik ließen sich somit in der Praxis bestätigen.

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