科学家利用世界上最高强度之一的激光束成功地将一些亚原子粒子加速到微型加速器所能获得的最高能量。

这一研究团队来自美国能源部劳伦斯伯克利实验室（伯克利实验室），他们利用兆瓦级激光束和被称为等离子体的带电粒子气体将粒子加速。这种装置称为激光-等离子体加速器。这是一类新型的加速器，物理学家们相信这类加速器可以将传统的动辄几英里大的加速器缩小到可以放置在一张桌子上那么大。

研究人员在一根9厘米长的装有等离子体的细管中对粒子（此处为电子）加速，此速度对应于4.25千兆电子伏的能量。在如此短的距离内得了相当于传统加速器所能提供的1000倍的能量，这也创造了激光-等离子体加速器的世界纪录。

伯克利实验室应用物理系加速器技术主任，也是文章的第一作者Wim Leemans博士说这对激光和等离子体的控制要求非常精确，该研究成果发表在最近一期的物理评论快报上（PRL，国际顶尖的物理学杂志）。

传统的粒子加速器器，例如欧洲粒子物理实验室（CREN）的巨型强子对撞机直径高达17英里，靠控制金属腔内的电场实现对粒子的加速。这种技术中所能获得的能量不能超过100兆电子伏，否则金属腔将被破坏。

激光-等离子体加速器采取了完全不同的加速方式。在本实验中，将激光脉冲引入注有等离子体的稻草杆粗细的细管中。激光在等离子体中产生一条隧道和可以束缚自由电子的波并将其加速到较高能量。这有点类似与冲浪者沿着浪的表面下滑并获得速度。

这一破记录的高能量是在全球最强大的加速器之一伯克利实验室激光加速器（BELLA)帮助下获得的，这台可以产生千兆级的功率的加速器去年才开始运行。

伯克利实验室物理学家及实验室副主任James Symons博士说Leemans博士和他的团队能在BELLA的第一次运行中获得这样的成绩还是非常引人注目的。

除了可以获得高能量外，BELLA还拥有精确及可控的有点. Leemans 博士说我们可以在14米外将激光准确打进一个500微米的孔内。这种激光的稳定性可以很好地满足我们的要求。另外，Leemans还补充说这种每秒一次的激光脉冲的稳定性误差不到1%，这在很多别的激光中是很做到的。

在如此高的能量下，研究人员需要研究不同变量对结果的影响。因此，在打开激光前，他们首先利用国家能源研究中心（NERSC）的计算机进行了模拟。伯克利实验室应用物理和加速器技术高级顾问，也是理论研究的主导者Eric Esarey说装置中的细微调节可以带来巨大变化，我们正在研究加速器的最佳控制方式。

为获得更高能量，Leemans的近期目标是10千兆电子伏，研究人员需要更加精确地控制通过激光的等离子体隧道的密度。本质上说是研究人员需要为激光脉冲提供一种恰巧吻合的形状以控制更高能量的电子，Leemans说这类工作将为等离子体隧道塑形提供一种新的技术。