科学家发现通往“极高光强度”的途径有望催生先进技术和超强激光武器

　　一个国际物理学家团队宣布，激光科学领域取得了一项“重大进展”，为工程师们提供了一条实现极高光强的切实可行的途径，有望大幅提升高功率激光的强度。近日，这项题为“用于极端场的效率优化相对论等离子体谐波”的研究发表在《自然》杂志上。

　　这项突破背后的物理学家团队表示，利用他们的方法制造出的超强激光器，可以让科学家通过直接与量子真空中的光相互作用，来探索物理学的基本定律。更强大的激光器还有望推动核聚变发电技术的发展，甚至催生出威力更强大的反导激光武器。

　　利用爱因斯坦的理论实现极高光强和超强激光

　　英国牛津大学的彼得·诺里斯教授和罗宾·蒂米斯博士与贝尔法斯特女王大学的布伦丹·德罗米教授和马克·杨博士合作，共同探索他们的理论。随后，研究团队邀请了英国科学与技术设施委员会中央激光设施（CLF）的科学家参与，这些科学家可以使用该设施的“双子座”激光器。

　　根据一份宣布该研究成果的声明，研究团队利用“双子座”激光器，通过他们所描述的“非同寻常的过程”产生了极其明亮的紫外光。在设置好实验装置后，他们用该设施的强激光照射一团带电粒子（也称为等离子体）。研究团队表示，在实验过程中，这种高能碰撞使等离子体表现得“像一面快速移动的镜子”。

　　反射光不仅没有损失能量，反而被压缩，能量反而增加。研究团队表示，这种叠加效应类似于救护车经过时警笛音调先升高后降低的现象。然而，在CLF激光装置的实验中，“镜子”的运动速度极快，爱因斯坦相对论所量化的效应进一步增强了激光的功率。该团队表示，这种众所周知的效应被称为“相对论谐波产生”。

　　通过“相干谐波聚焦”进一步提升功率

　　除了利用爱因斯坦的相对论来增强已经很强大的激光之外，该团队的实验还成功地展示了一种进一步集中这种压缩光的方法，他们称之为“相干谐波聚焦”。

　　与基于相对论的激光聚光方法不同，研究团队将相干谐波聚焦效应比作放大镜,将阳光聚焦成一个能够点燃纸张的微小强光点。然而，这里聚焦的不是阳光，而是多种波长的激光，它们被聚焦到一个极小的区域，从而实现了能量的极大集中。

　　虽然这种方法产生的极高光强可以用于制造威力更大的激光武器或启动核聚变反应所需的点火激光器，但研究团队指出，它还可以为探索量子电动力学（QED）这一光与物质的理论提供关键工具。这是因为之前的实验需要将高能粒子束撞击到强大的激光束上，然后通过切换多个视角来解读结果。

　　研究人员解释道：“这种方法有点像试图通过切换多个移动的摄像机来理解一场车祸。由于所有过程都在激光系统内部进行，科学家可以直接观察结果，无需进行复杂的逐帧转换。这将使未来的实验结果更容易解读。”

　　激光技术、等离子体物理和超快材料科学的融合

　　在讨论他们为实现超强激光器所需的极高光强度所探索的路径的意义时，论文第一作者蒂米斯称这些发现“令人着迷”，同时也指出，团队才刚刚开始理解“这种机制丰富而复杂的物理原理”。

　　“模拟结果表明，我们可能已经制造出了迄今为止最强的相干光源。我希望我们能尽快回到‘双子座’激光器来验证这一点，同时也希望将我们所学到的知识应用到更大的装置中，从而产生更明亮的光。”这位研究人员解释道。

　　德罗米在总结他们工作时指出，为了取得如此重大的突破，需要多个领域的专家通力合作。“这项工作融合了激光技术、等离子体物理和超快材料科学，并经过精心调整，最终解决了困扰该领域20多年的理论与实验之间的长期不匹配问题。”