把“巨无霸”级别的大型加速器直接塞进巴掌里,听起来像是天方夜谭,但20厘米激光加速器确实做到了。美国劳伦斯·伯克利国家实验室把这项技术玩出了新花样,他们在一根细长的蓝宝石管里造出了等离子体通道,硬是把电子加速到了78亿电子伏特,直接把之前的世界纪录翻了个倍。别忘了,以前要想让电子达到这个能量,传统的大家伙得整整91米长才行。要知道,科学家们为了窥探宇宙深处的秘密,恨不得把电子跟正电子撞出万亿电子伏特(TeV)的能量。不过眼下欧洲核子研究组织(CERN)那个27公里长的大型强子对撞机已经算得上顶级配置了,就算想继续往上堆长度,地球引力也受不了,花再多钱都打水漂。 既然没办法把机器造得更大,那就只能在现有空间里挖潜。伯克利团队搞了个绝招:让超强激光脉冲去“吹”等离子体。等离子体就是一群带正电的离子和带负电的电子凑在一起,看上去像个大电灯泡似的。当激光穿过去时,就会在里面掀起密度不均匀的涟漪,这玩意儿叫等离子波。这种波产生的电场强度简直猛得不行,能达到常规加速器的几千倍。研究人员先用蓝宝石管激发出局部放电,形成高密度的通道核心;然后再用一束“加热激光”把中间的密度压低,搞出一个空心的低密度通道。这样一来,驱动激光就被死死锁在这20厘米的空间里,没法乱窜了。 过去的高功率激光在等离子体内跑得太散了,能量根本留不住。现在这一招“锁住”能量的方法解决了大问题。激光先在蓝宝石壁上激发等离子体,再用加热束把核心密度压低,形成一个外层高密度、内层低密度的夹心结构。有了这个“低密度通道+高密度外壳”的完美结构,驱动激光就被牢牢控制在20厘米的范围内。 这次实验已经证明了这条路线行得通。虽然现在已经能产生78亿电子伏特的能量束了,但要想达到万亿电子伏特的水平还得下功夫。接下来团队打算好好控制一下电子注入的时机,再串接几个这样的加速模块。要是真能像搭积木一样把几十个模块拼起来做成对撞机,咱们或许就能在实验室里重现宇宙大爆炸那一瞬间的超级高温高压环境了。 这种“寸拳”式的加速机制简直就是物理界的作弊码。传统的对撞机就像是甩长鞭一样靠轨道把粒子甩快;而激光等离子加速器就像拳头一样在极短距离内爆发出最大冲击力。要是把这种机制放大到更大的尺度上,无论是直线结构还是环形结构都能实现高能粒子的对撞。也许在不久的将来,我们只需要一个足球场大小的设备,就能敲开宇宙最深层秘密的大门。