本文揭秘了得克萨斯大学奥斯汀分校地下的超级激光器。科研人员通过复杂工序将微弱光束放大，瞬间产生超越全美电网的能量，用于模拟恒星物理与聚变研究。
如果你走在得克萨斯大学奥斯汀分校的校园里，经过物理、数学和天文大楼前那片开阔的草坪，你可能会注意到一栋17层的高塔。但在你脚下深处，学生们很少察觉的地下2层，正坐落着美国最强大的激光器之一。
作为得克萨斯拍瓦激光器(简称TPW)的前首席激光科学家，Ahmed Helal在2020年至2024年间负责管理这台庞然大物。这是一个由政府资助的研究中心，属于美国能源部高功率激光实验室网络——美国激光网络的一部分。这台激光器的工作原理极富科幻感：它先捕捉一束微弱的光脉冲，将其拉伸以防损毁光学元件，然后不断放大。在发射的一瞬间，它所携带的功率甚至超过了全美电网的总和。最后，它会将这束光压缩到万亿分之一秒，在真空室里创造出一颗微型“恒星”。
在典型的实验日，激光射击的目标可能是一张比头发丝还薄的金属箔、一束气体喷流，或者是一个极小的塑料颗粒。来自全国各地的科学家利用TPW来探索恒星内部物理、聚变能源，甚至是治疗癌症的新方法。
很多人想象中的激光发射就像电影里那样充满动感，但现实中的“射击日”其实是数小时枯燥、重复的工作，最后紧接着屏息凝神的10秒钟。
清晨7点，距离预定的第一次射击还有2小时。我穿上工作服、靴子并戴好发网，步入冰冷的洁净室。激光器不能直接开启，你得像哄孩子一样慢慢把它“唤醒”。首先启动的是振荡器，它负责产生最初的光种子。接着，我需要记录定义激光行为的所有参数，包括能量、中心频率、真空管压力以及冷却水水位。在科学实验开始前，激光器必须保证每次运行的状态完全一致。
整个系统的稳定至少需要30分钟。在此期间，我必须通过每一个针孔和摄像头检查光路校准。哪怕是极其微小的偏差，在全功率运行下都可能是灾难性的。偏离的光束会瞬间烧毁昂贵的光学元件，而更换这些零件往往需要数月时间。
系统预热后，光束进入第一级放大：由闪光灯环绕的玻璃棒像充电一样为光束注入能量。经过几轮循环，光束的能量会达到约12焦耳，大约相当于用力掷出的球所携带的能量。这个过程需要耗费近1小时，大部分时间都花在确认每一级的校准和能量水平上。
随后，光束进入最终阶段：圆盘放大器。两组巨大的30厘米玻璃盘由庞大的电容器组供电。这些电容器本质上是巨大的电池，存储电能并瞬间释放，它们规模宏大，甚至独占了一层楼。
当实验团队确认目标就位，我会跑完冗长的检查清单。所有监控器都会变红，闪烁着“系统射击模式”的字样。我对着复古的麦克风宣布进入发射程序，然后开启压缩机光束挡板——这块沉重的玻璃板移动需要约2分钟。
接下来是关键的现场巡检。我戴上激光安全护目镜，拿着联锁钥匙走下楼，按照特定路线巡视每一个房间，确保没有人逗留。我亲手锁上每扇门，如果有人在此时推门，整个射击程序会立刻中止。
回到控制室，我开始为电容器组充电。此时已无退路，除非紧急停机，否则一旦停止就意味着废掉这次射击并等待漫长的冷却。“充电完成，3，2，1，发射。”
随着按钮按下，一声沉闷的巨响穿透整栋建筑。电容器中储存的所有能量瞬间注入光束。监控屏幕定格，记录下光束轮廓、光谱和各种诊断指标。而在楼下的真空室里，一个比头发丝还小的点，温度瞬间飙升到数百万度。
直到此时，大家才如释重负地呼出一口气。辐射安全员会先下去检查目标室周围的读数，然后实验团队才能进入收集数据。当然，并不是每次都一帆风顺。有时候遮光罩没能打开，或者某个环节掉链子，几个小时的准备就付诸东流。2023年的一次高优先级射击就曾因为快门故障而卡壳，我们只能在沉默中等待1小时的冷却周期，直到4小时后才完成补射。
这就是这份工作的日常：用数小时的耐心等待那永远无法让人习以为常的10秒钟。在成千上万师生走过的校园地底，在一瞬间，曾存在过一个比太阳表面还要灼热的微小点。
本文译自 arstechnica，由 BALI 编辑发布。
