德國亥姆霍茲德累斯頓羅森多夫研究中心科學家在激光等離子體加速方面取得重大進展。他們采用一種創(chuàng)新方法，成功將質子能量從約80兆電子伏特提高到150兆電子伏特。這一成果大幅超越了此前的質子加速紀錄，讓小型激光設備首次獲得迄今僅在更大型設施中才能獲得的能量水平。最新研究有望促進醫(yī)學和材料科學的發(fā)展。相關論文發(fā)表于13日出版的《自然·物理學》雜志。

圖片:milestone-in-plasma-ac.jpg

新方法通過激光脈沖顯著提高了質子加速能量（藝術想象圖）

與傳統(tǒng)加速器相比，激光等離子體加速器并不依賴強大的無線電波推動粒子運動，而是利用激光加速粒子。但這項技術目前處于研究階段，全球僅有幾個超大型激光系統(tǒng)能夠實現(xiàn)將質子加速到100兆電子伏特的能量水平。

研究負責人蒂姆·齊格勒表示，為了使用更小激光設備以及更短脈沖實現(xiàn)類似高加速器能量，他們利用了激光閃光這一特性，即一小部分激光就像“搶跑”一樣，在特制的塑料箔內觸發(fā)一系列復雜的加速機制。這極大地提升了名為DRACO的激光器的質子加速能量。

研究結果顯示，DRACO激光器此前的質子加速能量紀錄約為80兆電子伏特，現(xiàn)在能達到150兆電子伏特，幾乎是原來的兩倍。而且，加速的粒子束展現(xiàn)出高能且勻速運動的卓越特性。

研究團隊認為，這一突破有望使小型激光等離子體加速器在醫(yī)學領域發(fā)揮重要作用，特別是在精準腫瘤治療方案方面。目前醫(yī)生們主要依賴大型治療加速器開展此類研究�，F(xiàn)有的大型加速器耗電量巨大，而激光等離子體加速器可能更經濟。激光閃光也可用來產生短而強的中子脈沖，這對科技發(fā)展以及材料分析都具有重要意義。

齊格勒表示，他們希望與其他實驗室合作，更精確地控制加速，未來能夠實現(xiàn)超過200兆電子伏特的質子加速能量。

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論文鏈接：https://dx.doi.org/10.1038/s41567-024-02505-0