内布拉斯加-林肯大学的一组研究人员最近进行了一项实验，他们能够将等离子体电子加速到接近光速。这种“光学火箭”推动电子的功率是传统火箭的数万亿倍，这可能会对从太空旅行到计算和纳米技术的一切产生严重影响。

说到太空探索和科学研究的未来，光显然将发挥至关重要的作用。一方面，太空机构正在研究“光通信”——使用激光发送信息——以处理越来越多的数据任务，这些数据任务将被收集并发送到地球。另一方面，研究人员和工程师正在寻找激光来微操作材料和光学计算机。

然而，这些应用中的主要挑战之一是所涉及设备的尺寸。归结起来就是传统的高能激光器通常体积大，价格昂贵。因此，降低利用光加速粒子过程的能力，不仅是研究人员的福音，还可能带来无数新的应用。

这正是UNL极光实验室的团队利用实验室的戴克莱斯激光器所做的。这种比太阳亮1000万倍的X射线激光器用于将快速激光脉冲聚焦在等离子体电子上——这一过程被称为尾流场加速(或电子加速)。描述他们发现的研究最近出现在《物理评论快报》上。

一般来说，光在被反射、散射或吸收的地方都会产生轻微的力。虽然力很小，但正确持续聚焦时会产生累积效应。在实验过程中，研究团队发现光脉冲会将等离子体中的电子推出脉冲路径，从而在尾流中产生等离子体波。

电子也从这些“尾波”中获得额外的加速度，使其达到超相对论速度(即接近光速)。正如极光实验室主任唐纳德乌姆斯塔特在《今日内布拉斯加》新闻稿中解释的那样：

“这种新的独特的强光应用可以提高紧凑型电子加速器的性能。但是，我们的结果的新颖和更普遍的科学方面是，光的应用导致了物质的直接加速。”

这一新的实验有效地证明了尾流加速初始阶段的控制能力，可以提高紧凑型电子加速器的性能。由于传统电子加速器的巨大尺寸，它有许多以前不可能的应用，这是很重要的。

其中一种应用叫做“光镊”，利用光来操纵微观物体。另一个可能的应用是被称为“光帆”(也称为太阳能或光子单元)的概念，这是一种空间推进方法，其中使用聚焦激光束将反射帆加速到令人难以置信的速度。

一个例子是由俄罗斯亿万富翁尤里米尔纳创立的非营利组织“突破倡议”开发的航天器“突破星火”。这种航天器由瞄准镜牵引的纳米技术组成，它将被聚焦激光加速到相对论速度(光速的20%)。以这种速度，飞机将能够在短短20年内到达半人马座阿尔法星，并发回任何系外行星(包括比邻星b)的图像。

同时，这个实验很可能为粒子物理学家打开一些重要的研究机会。这项研究由内布拉斯加-林肯大学极光实验室(ELL)博士后研究员Grigoroy Golovin领导，其中包括来自ELL和上海交通大学的许多科学家。

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