物理学院在强激光加速离子的研究中取得进展

北京大学物理学院重离子物理研究所、核物理与核技术国家重点实验室的颜学庆副教授、郭之虞教授和陈佳洱院士等最近在强场物理－激光加速带电粒子领域取得了新的进展，该工作已发表在今年4月3日出版的美国《物理快报》(Physical Review Letters)上。

常规粒子加速器由于存在电场击穿的限制，加速梯度低于100MV/m，所以随着粒子能量的增加，加速器的长度和体积变得越来越庞大。例如，美国斯坦福大学的直线型电子加速器SLAC可以把电子加速到100GeV的能量，其长度长达3km；而即将要建造的国际直线对撞机ILC，为了把电子束加速到TeV能量，其长度达35km。由于传统加速器的局限性及其高昂的造价，在过去的几十年里物理学家一直在探索新的粒子加速原理，其中一种设想是利用强激光来加速离子。但目前国际上的激光加速离子实验研究中，离子能量增益仅在数十MeV，而且能散大束流品质差。

颜学庆副教授等的研究发现，超短超强激光与固体靶相互作用时存在一种稳相加速机制，如果激光归一化光强与膜片归一化厚度相当时，激光可以如常规加速器一样对离子进行加速和纵向聚束，从而可以产生高品质的高能单色离子。这对激光离子加速器走向实际应用将产生重要影响。例如，用一个高功率的激光器和固体靶组成的激光加速器有可能加速得到200MeV以上的单能质子束，它将有可能用于癌症治疗。