真空一般被認(rèn)為是真空，但事實(shí)上，真空中充滿了虛擬粒子——如真空能，量子漲落，反粒子對的電子和正電子等等，它們在難以想象的短時間內(nèi)不斷地產(chǎn)生和湮滅。

對真空物理學(xué)更好理解的追求，將導(dǎo)致對現(xiàn)代物理學(xué)基本問題的闡明，而現(xiàn)代物理學(xué)是解開諸如宇宙大爆炸等宇宙奧秘不可或缺的一部分。然而，強(qiáng)行分離虛擬粒子對并使它們以真實(shí)粒子而非虛擬粒子的形式出現(xiàn)。

所需要的激光強(qiáng)度將比目前激光技術(shù)，所能達(dá)到的強(qiáng)度高1000萬倍。這種場強(qiáng)就是所謂的施溫格極限，半個世紀(jì)前以美國諾貝爾獎得主朱利安·施溫格(Julian sch溫格)的名字命名。此前大阪大學(xué)科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)了一種新的機(jī)制，他們稱之為微泡內(nèi)爆(MBI)。在MBIs中，當(dāng)氣泡以微米大小的球狀氣泡為氫化物，用超小、超短的激光脈沖輻照時，當(dāng)氣泡縮小到原子大小時，就會釋放出超高能的氫離子(相對論性質(zhì)子)。

在本研究中，村上正松領(lǐng)導(dǎo)的研究小組證實(shí)，在MBI過程中，由于固體氫化物靶內(nèi)爆中嵌入微米大小氣泡電離后具有納米大小的直徑，可以在靠近施溫格極限場的地方形成超高靜電場。通過大阪大學(xué)激光工程研究所進(jìn)行的三維模擬，還發(fā)現(xiàn)氣泡在最大壓縮時的密度達(dá)到固體密度的幾十萬到一百萬倍。在這種密度下，不大于一塊糖的東西重達(dá)幾百公斤。人們發(fā)現(xiàn)，氣泡中心能量密度大約是太陽的100萬倍。

這些驚人數(shù)字的能量在地球上被認(rèn)為是不可能實(shí)現(xiàn)的，研究成果發(fā)表在《等離子體物理學(xué)》上。利用微泡內(nèi)爆(MBI)技術(shù)研究了加速質(zhì)子能量和可達(dá)靜電場的激光強(qiáng)度標(biāo)度。在MBI中，由于填充氣泡的熱電子所產(chǎn)生球?qū)ΨQ靜電力，氣泡壁的質(zhì)子受到向中心體積加速度。這種內(nèi)爆會在坍縮時產(chǎn)生納米大小的超高密度質(zhì)子核，從而產(chǎn)生超高靜電場，釋放出相對論態(tài)的高能質(zhì)子。

三維胞內(nèi)粒子和分子動力學(xué)模擬以互補(bǔ)的方式進(jìn)行。因此，揭示了MBI的基本物理特性。如氣泡脈動和超高能量密度，這些特性的能量密度比在慣性約束等離子體聚變點(diǎn)火核心中預(yù)期的能量密度要高幾個數(shù)量級。MBI具有作為等離子體光學(xué)器件的潛力，可以將應(yīng)用的激光強(qiáng)度最佳放大兩個數(shù)量級，因此，MBI被認(rèn)為是解決施溫格極限的一種新方法。

博科園｜研究/來自：大阪大學(xué)

參考期刊《等離子體物理學(xué)》

DOI: 10.1063/1.5093043

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