Взгляд в 2020 год. Лазеры

Будущие открытия в области физики лазеров.
Корреспонденты журнала Nature опросили ученых из разных областей науки.

Те, кто задумал и изобрел лазер 50 лет назад не могли предсказать той роли, которую они стали играть в течение последней половины века: от средств связи до контроля окружающей среды, от производства до медицины, от развлечений до научных исследований.

Возможные применения лазеров

К 2020 году, вероятно, лазеры станут излучать пучки с площадью сечения порядка 1 нанометра – это размер маленькой молекулы. Объекты, размеры которых меньше длины волны не могут, как правило, быть разделены с помощью лазеров или микроскопии разве что размер апертуры, что испускает фотоны, меньше, чем исследуемый объект. Микроскопы, которые включают лазерные источники с апертурами размером с одну молекулу, будут полезны в прямом и быстром упорядочении таких биомолекул как ДНК и РНК.

Эти миниатюрные пучки будут также предоставлять возможность хранения информации на жестком диске с плотностью в100 раз больше, чем на сегодняшний день – это петабайты информации, доступные в персональном компьютере.

Сверхточные часы на основе лазера будут измерять изменение фундаментальных констант, так как Вселенная расширяется, развивая наши теории, описывающие происхождение и эволюцию космоса. Новое поколение лазеров позволит создать новые состояния материи, сжимая и нагревая материалы до температур, встречающихся только в центрах массивных звезд, и при давлениях, что может сжать атомы водорода вместе так, что их плотность станет в 50 раз больше, чем у свинца.

Контролируемая реакция ядерного синтеза однажды сможет обеспечить почти безграничные запасы энергии, полученной с углерода. В океанах находится достаточное количество термоядерного топлива, для того чтобы обеспечить энергией весь мир на время дольше, чем возраст вселенной.

К 2020 году лазер будет генерировать ультракороткие очереди фотонов - с шириной импульса меньше, чем время перехода в атоме. Эти аттосекундные импульсы позволят делать фотографии химических реакций – запечатлеть электроны в движении. Усиленные до сверхвысоких интенсивностей, эти лазеры будут использоваться в качестве двигателей для ускорения электронов и протонов до скоростей близких к скорости света. Это означает, что могут быть созданы настольные ускорители для получения частиц с высокой кинетической энергией и они создадут конкуренцию по размерам и стоимости самым большим ускорителям частиц на сегодняшний день.

Нерешенные задачи

Какие же нерешенные задачи стоят на пути достижения этих высоких целей? Разработка новых лазерных материалов, которые могут выдержать чрезвычайно высокие интенсивности, источников, оптики, новых нанотехнологий изготовления. Произойдет ли все это в ближайшие десять лет? Мы надеемся на это. Как изобретатели 1960-х, мы, вероятно, по-прежнему недооцениваем полный потенциал и влияние лазеров.

По материалам журнала Nature