打造夢想機(jī)器

較高的重復(fù)率對于利用高功率激光器驅(qū)動粒子束來說同樣至關(guān)重要。在一種方案中，強(qiáng)激光束能將金屬靶轉(zhuǎn)變成等離子體。這一過程釋放的電子反過來會將來自金屬表面原子核的質(zhì)子噴射出去。醫(yī)生可以利用這些質(zhì)子脈沖摧毀癌癥，同時(shí)更高的射速將使開展小規(guī)模個人劑量的治療變得更加容易。

對于物理學(xué)家來說，他們一直夢想著建造由快速發(fā)射的激光脈沖驅(qū)動的粒子加速器。當(dāng)強(qiáng)激光脈沖擊打由電子和陽離子構(gòu)成的等離子體時(shí)，它會將較輕的電子向前推，從而將電荷分離并且創(chuàng)建出二次電場。該電場會“拖曳”粒子跟在光線后面，就像緊緊跟隨快艇的水流。這種“激光尾波場加速”可在一兩毫米的空間內(nèi)將帶電荷粒子加速到較高能級，而傳統(tǒng)加速器需要數(shù)米寬的空間。速度由此被加快的電子會被磁體操控，以此產(chǎn)生所謂的自由電子激光器（FEL）。FEL產(chǎn)生極其明亮和短暫的X射線光，而后者能照亮短暫存在的化學(xué)和生物學(xué)現(xiàn)象。和傳統(tǒng)加速器驅(qū)動的激光器相比，F(xiàn)EL要更加緊湊和廉價(jià)。

從長遠(yuǎn)來開，被高重復(fù)PW級脈沖加速的電子可將粒子物理學(xué)家夢想建造的機(jī)器成本大幅削減。他們的夢想是：建造可接替位于瑞士日內(nèi)瓦附近歐洲核子研究委員會的大型強(qiáng)子對撞機(jī)的30公里長正負(fù)電子對撞機(jī)。英國倫敦帝國理工學(xué)院等離子體物理學(xué)家Stuart Mangles表示，和現(xiàn)在構(gòu)想的成本約為100億美元的機(jī)器相比，基于100PW激光器的設(shè)備長度至少會短10倍，成本也將至少縮減1/10。