在内布拉斯加大学林肯分校的超强光实验室的一台激光器，最近研究团队在实验室使用使电子加速到接近光速。图片来源：内布拉斯加大学林肯分校。
在内布拉斯加州大学林肯分校最近的一项实验中，在强激光脉冲路径上的等离子体电子几乎瞬间加速到接近光速。
物理学教授Donald Umstadter领导了这一用于证实先前理论的研究实验，他说新的应用可能被恰当地称为“光学火箭”，因为光在实验中施加了巨大的力。这些电子所受到的力几乎是宇航员发射到太空所感受到的力的万亿倍。
“这种新的和独特的强光应用可以提高紧凑型电子加速器的性能，”他说。“但是，我们结果的新颖和更普遍的科学方面是，光力的应用导致物质的直接加速。”
Umstadter说，光学火箭将是光的力量如何被用作工具的最新例子。
正常强度光在反射、散射或吸收时只施加了微小的力。这种力量的一个应用是一种可以用来推动航天器的“光帆”。然而，由于在这种情况下光力非常小，因此航天器需要连续多年施加光力才能达到高速。
上图为内布拉斯加大学林肯分校研究人员Grigory Golovin。
当光具有强度梯度时，会产生另一种力。这种光力的一个应用比如用作“光学镊子”，用来操纵显微镜下的物质，此时所用的力又非常小。
在Nebraska实验中，激光脉冲聚焦在等离子体中。当等离子体中的电子通过其梯度力从光脉冲的路径中排出时，等离子体波在脉冲的尾流中被驱动，并且允许电子捕获尾场波，这进一步加速电子到超相对论能量。这种强光为更好的控制尾场加速的初始阶段，用于提高新一代紧凑型电子加速器的性能等新应用提供了手段，由于传统加速器的巨大体积，这将为一系列以前不能实现的应用铺平道路。
上图思为内布拉斯加大学林肯分校的实验的概念图，白色的圆球代表两个激光脉冲，在它们的尾流中是等离子体波。在激光脉冲交叉之后，波束相互干扰，电子将尾场波带入更高的能量。图片来源：内布拉斯加大学林肯分校。
这项实验研究是由内布拉斯加大学林肯分校的学生和科学家们共同进行的，高级研究助理格里戈罗文（Grigoroy Golovin）是这篇论文报道的主要作者。并且该研究项目的资助由美国国家科学基金会提供。
该实验是基于中国上海交通大学的科学家的数值模拟进行的进一步研究。Umstadter在理论上预言了二十年前的基本机制。研究结果发表在九月的《物理评论快报Physical Review Letters》杂志上。
来源：https://phys.org/news/2018-09-optical-rocket-intense-laser.html
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