Нижегородские ученые из Института прикладной физики РАН имеют прямое отношение к последним глобальным открытиям в области физики. В 2017 году была вручена Нобелевская премия за открытие гравитационных волн. Зафиксировать их помог оптический изолятор, разработанный физиками федерального исследовательского центра «Институт прикладной физики РАН» (ИПФ РАН). 

Дальше больше - открытие нобелевского лауреата француза Жерара Муру было бы невозможно без экспериментов, которые физик проводил в Нижнем Новгороде. В лаборатории института установлен петаваттный лазер PEARL, один из самых мощных в мире. 

В пространстве и времени

В основе работы лазерного комплекса - принцип, за который Жерар Муру и получил Нобелевскую премию. Он заключается в том, что сначала оптический импульс растягивают во времени (в нижегородском институте есть возможность сделать это в десятки тысяч раз), затем усиливают, а потом сжимают обратно. Для чего это нужно и что это дает?

- Когда мы пытаемся повысить интенсивность оптического излучения, то очень быстро наступает момент, когда мы «пробиваем» оптические элементы. Любая пыль, неоднородность воздуха усиливают этот эффект, поэтому в помещении, где находится лазер, должен соблюдаться режим чистоты. Работать в лаборатории может ограниченное количество людей, вход туда строго в бахилах и разовых халатах, - рассказывает заведующий лабораторией силовой оптики ИПФ РАН Андрей Шайкин. 

Как можно повысить интенсивность оптического излучения? Сначала хотели это сделать за счет увеличения площади поверхности, через которую происходит основное излучение. Но этого оказалось недостаточно. 

Тогда в 1985 году Жерар Муру вместе со своей аспиранткой Донной Стрикланд предложили растягивать импульс не только в пространстве, но и во времени. Это был прорыв. Данный принцип стал основой для создания всех мощных и сверхмощных лазеров. Благодаря этому появились тераваттные, петаваттные установки. Сейчас Жерар Муру и нижегородские ученые работают над созданием на базе Института прикладной физики РАН экзаваттного лазера. 

В 1985 году у нынешних нобелевских лауреатов не было технической возможности проверить эту идею. Появившиеся в 90-х первые титан-сапфировые установки дают усиление лишь в 100 раз. ИПФ РАН в 2006 году был оснащен петаваттным параметрическим лазером, самым мощным в России. Коэффициент его параметрического усилителя составлял 10 тысяч раз. К слову, в последние 10 лет лазеры подобного класса уже стали коммерчески доступны. 

Жерар Муру стал победителем первой волны мегагрантов - масштабной программы правительства России, направленной на создание в стране лабораторий под руководством ведущих мировых ученых. Он приехал в Нижний Новгород и в течение пяти лет (с 2010 по 2015 год) совместно с сотрудниками ИПФ РАН работал на базе Нижегородского госуниверситета им. Н.И.Лобачевского. В ННГУ при участии Муру была создана лаборатория экстремальных световых полей, которая работает до сих пор. 

Отработал грант

Для Муру работа в Нижнем Новгороде оказалась очень плодотворной. Дело в том, что на тот момент таких мощных лазеров, как ИПФ РАН, в мире насчитывались единицы и очередь на проведение экспериментов расписана на 1,5 года вперед. И хотя параметры (стабильность, частота повторений раз в 10 минут) нижегородской установки не уникальны, здесь французский ученый нашел единомышленников. 

- Во время совместной работы мы усовершенствовали наш лазер и провели на нем ряд экспериментов. Основное достижение изложено в серии работ, развивающих идеи Муру и Стрикланд. Суть его в том, что после того, как импульс сжался компрессором на решетках, его можно дожать и сделать еще более коротким и мощным, - говорит заместитель директора член-корреспондент РАН Ефим Хазанов.

По условиям гранта Жерар Муру должен был проводить в России ежегодно более четырех месяцев. Он очень открыт для общения и охотно обсуждал свои идеи с российскими коллегами. 

- Муру, безусловно, ценит нижегородский вклад, понимает, что его открытие ничего не стоило бы, если бы не было проверено экспериментально. А поставить качественно эксперимент - это дорогого стоит, - отмечает Андрей Шайкин, который, к слову, делил с Муру один рабочий стол. 

Президент РАН Александр Сергеев, недавно побывавший в Нижнем Новгороде, представил ученика Муру, Сергея Миронова. Этот молодой сотрудник ИПФ РАН вместе с нобелевским лауреатом развивает идею дальнейшего повышения интенсивности увеличения спектра и сжатия лазерного импульса. 

В институте идут исследования взаимодействия мощного интенсивного излучения с веществом: с газовыми твердотельными, гелиевыми мишенями. Генерация потоков заряженных частиц: электронов, протонов, ионов - имеет и прикладное значение, может использоваться, например, для диагностики внутренних дефектов металлов, поиска взрывчатых веществ.

Евгения Александрова. Фото Александра Воложанина.

Вопрос дилетанта

Зачем нужно излучение?

- Оно позволяет открыть целый ряд новых физических явлений - например, получить из вакуума электрон-позитронную плазму. Или генерировать в лаборатории мини-черные дыры, то есть моделировать ключевые процессы астрофизики. Или пример более прикладного характера - это новые ускорители частиц, которые нужны для протонной терапии или позитронно-эмиссионной томографии. Сегодня такие пучки частиц производят дорогостоящие огромные ускорители, а с помощью мощного лазера можно создать ускоритель в масштабах одной комнаты! - объясняет президент РАН Александр Сергеев.