“微泡內(nèi)爆”概念圖。圖片由大阪大學(xué)提供

日本大阪大學(xué)激光科學(xué)研究所村上匡且教授領(lǐng)導(dǎo)的研究小組公布，他們發(fā)現(xiàn)了一種稱為“微泡內(nèi)爆”的全新粒子加速機制：向內(nèi)含微米尺寸泡(球形空洞)的氫化合物外側(cè)照射超高強度激光，氣泡在收縮到原子尺寸的瞬間，發(fā)射出超高能量的氫離子(質(zhì)子)。

在這種機制中，帶正電荷的離子通過用1000億攝氏度超高溫的電子填充氣泡，從而產(chǎn)生強負靜電力，會向氣泡中心呈球?qū)ΨQ型加速。無數(shù)離子在球體中心的奇點處高速加速和碰撞，理論上可以在僅數(shù)十個原子的納米尺度極小空間內(nèi)，實現(xiàn)與白矮星內(nèi)部相匹敵的高密度壓縮。如果將物質(zhì)壓縮到前所未有的超高密度，一塊方糖大小的物質(zhì)的重量可超過100公斤。

此外，研究人員發(fā)現(xiàn)這種氣泡會以數(shù)十飛秒的周期重復(fù)收縮和膨脹，當(dāng)縮小到納米尺寸并達到最大壓縮的瞬間，輻射出高能質(zhì)子，具有“納米脈沖星”一樣新奇的特征。

如果用傳統(tǒng)加速器，高能粒子的加速距離需要數(shù)十米到數(shù)百米。這種納米級正電荷輻射的驚人物理現(xiàn)象尚屬首次發(fā)現(xiàn)。在這種現(xiàn)象中，起決定性作用的是與宇宙大爆炸完全相反的特異運動，即帶電離子縮小到空間中的一個點，并以大約一半光速的超高速碰撞——這與迄今為止發(fā)現(xiàn)和預(yù)測的所有加速原理在本質(zhì)上完全不同。

該研究成果的意義在于，通過研究納米與飛秒這種極小和極短的現(xiàn)象，不僅有助于闡明空間物理學(xué)上一些難解之謎，例如在恒星和宇宙中交錯飛行的高能粒子的起源，還有望作為產(chǎn)生核聚變反應(yīng)的小型中子源，應(yīng)用于醫(yī)療和工業(yè)中。