科學家進行了一場新實驗，「光學火箭」將電子提升到幾乎光速！
內布拉斯加大學林肯分校的一組研究人員最近進行了一項實驗，他們能夠將等離子體電子加速到接近光速。這種「光學火箭」能夠以比傳統火箭產生的力量大萬億億倍的力量推動電子，可能對從太空旅行到計算和納米技術的各種事物產生嚴重影響。
談到太空探索和科學研究的未來，很明顯，光將發揮至關重要的作用。一方面，空間機構正在調查「光通信」 - 使用雷射發送信息 - 以處理越來越多的數據任務將收集並發送到地球。另一方面，研究人員和工程師正在尋找雷射來對物質和光學計算機進行微觀操作。然而，這些應用的主要挑戰之一是所涉及的設備的尺寸。歸結為傳統的高能雷射通常是大而昂貴的。因此，縮小使用光來加速粒子的過程的能力不僅對研究人員來說是一個福音，它還可能導致無數的新應用。
這正是UNL極光實驗室（ELL）團隊使用實驗室的Diocles Laser所做的。這種比太陽亮1000萬倍的X射線雷射用於將快速雷射脈衝聚焦在等離子體電子上 - 這一過程稱為尾場加速（或電子加速）。描述他們的發現的研究最近出現在物理評論快報中。
通常，光在被反射，散射或吸收的任何地方施加微小的力。雖然力非常小，但是當它正確且連續地聚焦時，它可以具有累積效應。在實驗過程中，研究小組發現光脈衝會使等離子體中的電子被推出脈衝路徑，從而在尾流中產生等離子體波。
電子還從這些「尾場波」中獲得了額外的加速度，這使它們達到超相對論速度（即接近光速）。正如極光實驗室主任Donald Umstadter在「今日內布拉斯加」新聞稿中所解釋的那樣：「強烈光線的這種新的和獨特的應用可以改善緊湊型電子加速器的性能。但是我們的結果的新穎和更一般的科學方面是光的施加導致物質的直接加速。「
這個新實驗有效地證明了控制尾場加速初始階段的能力，這可以改善緊湊型電子加速器的性能。由於常規電子加速器的巨大尺寸，它具有以前不可能的許多應用，這是非常重要的。一種這樣的應用被稱為「光學鑷子」，其中光被用於操縱微觀物體。另一個可能的應用是被稱為「輕帆」（又稱太陽能或光子單元）的概念，這是一種空間推進方法，其中聚焦雷射束用於將反射帆加速到令人難以置信的速度。
其中一個例子就是Breakthrough Starshot，這是一個由Breakthrough Initiatives開發的太空飛行器- 一個由俄羅斯億萬富翁Yuri Milner創立的非盈利組織。這種太空飛行器由一個被瞄準器拖曳的納米技術組成，它依靠聚焦雷射將其加速到相對論的速度（光速的20％）。在這個速度下，飛行器將能夠在短短20年內完成前往半人馬座阿爾法星的旅行，並可以發送任何系外行星的圖像（包括Proxima b）。
與此同時，這項實驗很可能為粒子物理學家開闢了一些重要的研究機會。該研究由內布拉斯加大學林肯分校（UNL）極光實驗室（ELL）的博士後研究員Grigoroy Golovin領導，其中包括來自ELL和上海交通大學的多位科學家。