Als je over het terrein van het Natuurkunde, Wiskunde en Sterrenkunde gebouw van de Universiteit van Texas in Austin wandelt, zie je een toren van 17 verdiepingen en een enorm L-vormig gebouw. Je zult de Texas Petawatt-laser niet zien, want die bevindt zich twee verdiepingen onder de grond achter zware deuren met een logo dat de meeste studenten over het hoofd zien. Het is een van de krachtigste lasers in de Verenigde Staten, hoewel hij momenteel gesloten is vanwege bezuinigingen.
Ik was de hoofdlaserwetenschapper van de Texas Petawatt (TPW) van 2020 tot 2024. Dit door de overheid gefinancierde onderzoekscentrum, onderdeel van het LaserNetUS-netwerk van het Department of Energy, stelde wetenschappers uit het hele land in staat om tijd aan te vragen voor het gebruik van gespecialiseerde apparatuur. Deze laser neemt een minuscuul lichtpulsje, rekt het uit, versterkt het tot het kortstondig meer vermogen draagt dan het hele Amerikaanse elektriciteitsnet, en comprimeert het vervolgens terug tot een biljoenste van een seconde om in wezen een ster te creëren in een vacuümkamer.
Op een schietdag kan het doelwit een stukje metaalfolie dunner dan een mensenhaar zijn, een gasstraal of een klein plastic bolletje. Wetenschappers gebruikten TPW om sterinterieurs, fusie-energie en zelfs nieuwe benaderingen voor kankerbehandeling te bestuderen. In tegenstelling tot filmvoorstellingen is een 'schietdag' urenlang stil, repetitief werk gevolgd door ongeveer 10 seconden waarin niemand ademhaalt.
Een typische schietdag begon met mij die twee uur te vroeg arriveerde, een overall, laarzen en een haarnet aantrok en een koude cleanroom binnenging. Je zet de laser niet zomaar aan; je maakt hem wakker. Ik begon met de oscillator, een klein doosje dat het eerste zaadje van licht genereert, en noteerde vaste parameters zoals energie en middenfrequentie. Vervolgens startte ik de pomplaser om de puls van nanojoules naar ongeveer een halve joule te versterken.
Het systeem had 30 minuten nodig om te stabiliseren, waarbij ik de uitlijning door elk gaatje en elke camera controleerde. Een kleine misuitlijning kon catastrofaal zijn, waardoor optica doorbrandde die maanden duurde om te vervangen. Vervolgens ging de bundel de eerste versterker in: een glazen staaf omgeven door flitslampen. De bundel maakte passages, werd sterker tot hij ongeveer 12 joules bereikte - ruwweg de energie van een bal die hard door een kamer wordt gegooid. Dit proces alleen al kostte het grootste deel van een uur.
Vervolgens breidde ik de bundel uit en stuurde hem door de laatste fase: de schijfversterkers. Twee versterkers, elk met twee enorme glazen schijven van 30 centimeter, werden gepompt door een enorme bank flitslampen aangedreven door condensatorbanken die zo groot waren dat ze hun eigen kamer op een aparte verdieping hadden. Snelle optische sluiters tussen elke fase fungeerden als poorten.
Toen het experimentele team bevestigde dat het doelwit op zijn plaats stond, bereidden we ons voor op een systeemschot. Elke monitor zou 'Systeem Schietmodus' in rood laten flitsen. Ik kondigde het aan via een vintage microfoon, opende de compressorbundelafvoer (een zware glasplaat die twee minuten duurt om te bewegen) en voerde vervolgens een veiligheidscontrole uit. Met een klein interlock-sleuteltje sloot ik elke deur; als er één openging, werd het schot afgebroken.
Terug in de controlekamer laadde ik de condensatorbanken op. Op dit punt was er geen weg terug, behalve voor een noodstop. De kamer zou stil worden. Ik wisselde een blik met de onderzoeker, zoals Joe van het Los Alamos National Laboratory op een dag, die zijn koffiekopje stevig vasthield. 'Opladen voltooid. Systeemschot afvuren in drie, twee, één. Vuur.'
Ik drukte op de knop. Een luide dreun rolde door het gebouw terwijl de opgeslagen energie in de bundel werd gedumpt. Monitors bevroren, waarbij diagnostische gegevens werden vastgelegd. Beneden, in de vacuümkamer, bereikte een plekje kleiner dan een mensenhaar temperaturen gemeten in miljoenen graden. Ik leunde achterover en noteerde parameters terwijl iedereen uitademde. Een stralingsveiligheidsofficier controleerde eerst de kamer, waarna het experimentele team gegevens verzamelde.
Soms werkte het perfect. Soms niet. Op een middag in 2023, na drie uur voorbereiding, drukte ik op de knop en hoorde niets. Een sluiter was defect. De monitors toonden zwart. Ik schreef SCHOT MISLUKT in het logboek en startte het uur durende afkoelproces. We zaten in stilte, en kregen het schot vier uur later. Dat is het deel dat ze niet laten zien in films.
Deze anticipatie is het werk: uren geduld voor 10 seconden waar je nooit helemaal aan went. Het gebeurt allemaal onder een campus waar duizenden lopen, zich niet bewust dat voor een fractie van een seconde een klein puntje materie heter dan het oppervlak van de zon net onder hun voeten bestond.