科学家提出由准粒子驱动的超亮光源

科学家们通过在欧洲高性能计算联合项目提供的超级计算机上运行先进的计算机模拟，研究了等离子体中准粒子的独特性质。他们建议利用准粒子来制造与当今最先进的光源一样强大的光源，但体积要小得多。图片来源：Bernardo Malaca

一个国际科学家团队正在重新思考辐射物理学的基本原理，以期创造出超强光源。在发表于《自然-光子学》（Nature Photonics）的一项新研究中，来自葡萄牙高等理工学院（IST）、美国罗切斯特大学、加州大学洛杉矶分校和法国光学应用实验室的研究人员提出了利用准粒子制造与当今最先进光源一样强大但体积更小的光源的方法。

准粒子是由许多同步运动的电子形成的。它们可以以任何速度运动--甚至比光还快--并能承受强大的力，比如黑洞附近的力。

"激光能量学实验室资深科学家、机械工程系助理教授兼光学研究所副教授约翰-帕拉斯特罗（John Palastro）说："准粒子最迷人的地方在于它们能够以单个粒子的物理定律所不允许的方式运动。

帕拉斯特罗和他的同事们通过欧洲高性能计算联合事业（European High-Performance Computing Joint Undertaking）提供的超级计算机运行先进的计算机模拟，研究了等离子体中准粒子的独特性质。他们认为基于准粒子的光源应用前景广阔，包括扫描病毒的非破坏性成像、了解光合作用等生物过程、制造计算机芯片以及探索行星和恒星中的物质行为。

"这项研究的主要作者、IST 的博士生 Bernardo Malaca 说："其灵活性是巨大的。"尽管每个电子都在进行相对简单的运动，但所有电子的总辐射量可以模仿出运动速度快于光的粒子或振荡粒子的辐射量，尽管本地没有一个电子的运动速度快于光或振荡电子。"

与自由电子激光器等现有形式相比，基于准粒子的光源具有明显的优势，因为自由电子激光器数量稀少，体积庞大，对大多数实验室、医院和企业来说都不切实际。根据这项研究提出的理论，准粒子只需极小的传播距离就能产生无比明亮的光线，有可能在全球实验室中引发广泛的科学和技术进步。

参考资料

Bernardo Malaca et al, Coherence and superradiance from a plasma-based quasiparticle accelerator, Nature Photonics (2023). DOI: 10.1038/s41566-023-01311-z. www.nature.com/articles/s41566-023-01311-z