雷射尾場加速的模擬

2004年，美國能源部勞倫斯柏克萊國家實驗室的研究人員通過引導和控制比以往更遠的極強鐳射束，生產出高品質的高能電子束，朝著實現雷射尾場加速的承諾邁出了一大步。然後，在柏克萊實驗室的DOE國家能源研究科學計算中心（NERSC）的超級電腦上運行 VORPAL（今天稱為 VSim）電漿模擬程式，對實驗結果進行了分析。研究結果發表在9月30日的《自然》雜誌上，該雜誌從 NERSC 模擬中挑選了一張圖片作為雜誌的封面。

25年來，物理學家一直試圖用雷射尾場加速器等裝置將帶電粒子推向高能。從理論上來說，由雷射驅動的電漿波的電場加速的粒子可以在短短幾米內到達數英里長的機器利用常規射頻加速度獲得的高能量。例如，史丹佛大學的線性加速器有兩英里長，可以加速電子到 50GeV（500億電子伏特）。雷射尾場技術提供了一個緊湊的高能加速器的可能性，可用於探索次原子世界，研究新材料和新技術，以及在衛生保健領域的應用。在電漿中，研究人員產生的電場比傳統加速器大一千到一萬倍。不幸的是，這些大電場只存在於雷射脈衝保持強度的短距離上，對於聚焦緊密的光束，該距離通常只有幾百微米。由此產生的光束質量相對較差，粒子能量非常廣泛，只有不到百分之一的光束有足夠的能量用於科學應用。