科技新報

（首圖來源：上海科技大學）

中國上海的實驗室裡，物理學家 Ruxin Li 和同事正在運用超強超短雷射實驗裝置（SULF），試圖製造出有史以來最強大的光脈衝，並在未來進一步實現「打破真空」（breaking the vacuum）現象。

2016 年時，研究人員透過 SULF 創造出功率達到 5.3 拍瓦（Petawatt，10 的 15 次方瓦特）的光脈衝，每個脈衝的持續時間都不到一兆分之一秒，目前團隊正在升級實驗裝置，期望在今年底再次打破紀錄，達到 10 拍瓦的目標。

但 10 拍瓦究竟是什麼樣的數字？試著這麼想好了，如果將全世界電網的脈衝功率相加，再乘以 1,000 倍，大約就等於 10 拍瓦。

Science 報導指出，研究人員的野心還不只於此。2018 年，上海團隊計劃建造一個稱為「極光站」（SEL）、能產生 100 拍瓦的雷射裝置，透過與 20 公尺深的地下室配合，能夠創造出極端的溫度與壓力條件，對於天體物理和材料科學的研究都相當有幫助。

除此之外，雷射技術的突破對醫學方面的研究也有許多幫助，但其中更引人注目的，還是對高等物理研究方面的影響。

就如同著名的 E = mc² 方程式的內容，在愛因斯坦的理論中，物質和能量是能進行互換，只是目前的情況，儘管核子武器已證明能將物質轉換為巨大的熱量與光，但要相反過來進行卻並不是這麼容易。

研究團隊認為，未來如果能將 SEL 雷射裝置產生的 100 拍瓦光脈衝聚焦到極微小的區域，光線將會具有足夠能量在空間中創造出電子和正電子（Positrons，電子的反粒子），實現稱為「打破真空」（breaking the vacuum）現象。

Ruxin Li 認為，這項工作非常令人興奮，「這意味著你可以從無到有製造出一些東西。」

▲ 宇宙是非常接近真空的環境。（Source：pixabay）
量子電動力學（QED）理論中，真空並不像古典物理學認為的那麼空洞。由於量子力學的不確定性，在短得難以注意到的時間裡，電子和正電子相互閃爍存在，由於相互之間的吸引力，它們在碰撞時會直接湮滅，釋放出能量。

然而，在非常高強度的雷射光脈衝下，電場強度或許有機會打破電子和正電子間的吸引力，並促使它們開始擺動發出伽馬射線，並在後續過程釋放出足以探測到的輻射量，進而鞏固量子電動力學的預測及理論。

除了處於領先地位的上海團隊外，其他國家的研究團隊也在積極追趕而來。歐洲 ELI 中心預計將在未來幾年內打造 10 拍瓦的雷射裝置，日本有 30 拍瓦裝置的提案，俄羅斯的 XCELS 中心則對 180 拍瓦裝置已著手設計。

如此激烈的競爭下，究竟哪個團隊能率先取得成功仍是未知之數，但就像俄羅斯國家科學院（RAS）應用物理研究所前主任 Alexander Sergeev 所說，「這會是全新的物理學。」