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日本利用激光发现“微泡内爆”全新粒子加速机制

2018-05-21 10:34
光与世界
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“微泡内爆”概念图 图片由大阪大学提供

日本大阪大学激光科学研究所村上匡且教授领导的研究小组公布,他们发现了一种称为“微泡内爆”的全新粒子加速机制:向内含微米尺寸泡(球形空洞)的氢化合物外侧照射超高强度激光,气泡在收缩到原子尺寸的瞬间,发射出超高能量的氢离子(质子)。

在这种机制中,带正电荷的离子通过用1000亿摄氏度超高温的电子填充气泡,从而产生强负静电力,会向气泡中心呈球对称型加速。无数离子在球体中心的奇点处高速加速和碰撞,理论上可以在仅数十个原子的纳米尺度极小空间内,实现与白矮星内部相匹敌的高密度压缩。如果将物质压缩到前所未有的超高密度,一块方糖大小的物质的重量可超过100公斤。

此外,研究人员发现这种气泡会以数十飞秒的周期重复收缩和膨胀,当缩小到纳米尺寸并达到最大压缩的瞬间,辐射出高能质子,具有“纳米脉冲星”一样新奇的特征。

如果用传统加速器,高能粒子的加速距离需要数十米到数百米。这种纳米级正电荷辐射的惊人物理现象尚属首次发现。在这种现象中,起决定性作用的是与宇宙大爆炸完全相反的特异运动,即带电离子缩小到空间中的一个点,并以大约一半光速的超高速碰撞——这与迄今为止发现和预测的所有加速原理在本质上完全不同。

该研究成果的意义在于,通过研究纳米与飞秒这种极小和极短的现象,不仅有助于阐明空间物理学上一些难解之谜,例如在恒星和宇宙中交错飞行的高能粒子的起源,还有望作为产生核聚变反应的小型中子源,应用于医疗和工业中。

研究成果于15日发表在英国网络杂志《科学报告》(Scientific Reports)。

(来源:科技日报 记者:陈超)

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