ZEUS (Zettawatt-Equivalent Ultrashort pulse laser System) to nowoczesny system laserowy, który ma umożliwiać prowadzenie badań nad oddziaływaniami promieniowania wysokoenergetycznego z materią. Docelowo system ma osiągać moc 3 petawatów (3 biliardy watów, albo inaczej mówiąc 3 miliony miliardów watów). Dla porównania — to ponad 40 000 razy więcej niż moc wszystkich elektrowni w Polsce razem wziętych w jednej chwili.
Projekt ZEUS realizowany jest w instytucie Gérard Mourou Center for Ultrafast Optical Science, którego dyrektorem jest Karl Krushelnick. Laser pełni rolę ogólnokrajowej infrastruktury badawczej (tzw. user facility), co oznacza, że zespoły naukowców z całych Stanów Zjednoczonych i z zagranicy mogą zgłaszać swoje propozycje eksperymentów, które następnie przechodzą niezależny proces selekcji.
Czytaj także: Laser milion razy potężniejszy od dotychczasowych. Wystarczyła jedna zmiana
W ramach pierwszego eksperymentu naukowcy z Uniwersytetu Stanforda zbadali, w jaki sposób wysokoenergetyczne promieniowanie gamma przechodzi przez cienką folię wykonaną z metalu. Zdobyta w ten sposób wiedza pozwoli lepiej zrozumieć zjawiska zachodzące w najbardziej energetycznych procesach we Wszechświecie, takich jak kolizje gwiazd neutronowych czy rozbłyski gamma, a także pomoże opracować nowe metody obrazowania medycznego i bardziej zaawansowane systemy ochrony radiologicznej.
Mimo że eksperymenty przy pełnej mocy 3 PW jeszcze się nie rozpoczęły, ZEUS już działa. Od października 2023 roku przeprowadzono 11 eksperymentów z udziałem 58 badaczy z 22 różnych instytucji, w tym również spoza USA. Dotychczasowe eksperymenty prowadzone były przy mocy 1 petawata.
Teraz, w ramach najnowszego eksperymentu ZEUS wyemitował wiązkę o mocy szczytowej 2 petawatów, podwajając niemalże dotychczasowy rekord. Maksymalna moc była emitowana przez 25 trylionowych części sekundy.
Aby osiągnąć ekstremalne natężenia impulsu świetlnego, wykorzystywana jest zaawansowana technologia: impuls laserowy powstaje w zakresie podczerwieni, następnie jest rozciągany w czasie przy pomocy siatek dyfrakcyjnych, wzmacniany w czterech etapach, a na końcu skupiany do szerokości zaledwie 0,8 mikrona — czyli mniej niż długość czerwonej krwinki w ludzkim organizmie. To skupienie pozwala osiągać intensywność światła wystarczającą do badania oddziaływań promieniowania z materią na niespotykaną dotąd skalę.
W trakcie przechodzenia z poprzedniego systemu HERCULES (o mocy 300 terawatów) do poziomu 1 petawata, zespół badawczy ZEUS-a napotkał pewne problemy. Naukowcy musieli się zmierzyć m.in. z zaciemnianiem siatek dyfrakcyjnych, co wzbudziło obawy o ich trwałość. Jak się jednak okazało, nie doszło do ich uszkodzenia — winowajcą były osady węgla powstające w niedoskonałej próżni.
Czytaj także: Chiny mają laser, którego zazdrości im Zachód. Właśnie sprawdził się na odległości ponad 100 000 km
Z czasem, naukowcy zamierzają wygenerować wiązki elektronów o energiach nawet 5–10 razy większych niż dotychczas. Następnie przyspieszone w ten sposób elektrony zderzą się z impulsem laserowym o mocy 3 PW, nadchodzącym z przeciwnego kierunku. W takim układzie odniesienia będzie to odpowiadać intensywności rzędu zettawata — i właśnie stąd wzięła się nazwa całego systemu: Zettawatt-Equivalent Ultrashort pulse System, w skrócie ZEUS.