真空一般被认为是真空，但事实上，真空中充满了虚拟粒子——如真空能，量子涨落，反粒子对的电子和正电子等等，它们在难以想象的短时间内不断地产生和湮灭。对真空物理学更好理解的追求，将导致对现代物理学基本问题的阐明，而现代物理学是解开诸如宇宙大爆炸等宇宙奥秘不可或缺的一部分。然而，强行分离虚拟粒子对并使它们以真实粒子而非虚拟粒子的形式出现。
所需要的激光强度将比目前激光技术，所能达到的强度高1000万倍。这种场强就是所谓的施温格极限，半个世纪前以美国诺贝尔奖得主朱利安·施温格(Julian sch温格)的名字命名。此前大阪大学科学家们发现了一种新的机制，他们称之为微泡内爆(MBI)。在MBIs中，当气泡以微米大小的球状气泡为氢化物，用超小、超短的激光脉冲辐照时，当气泡缩小到原子大小时，就会释放出超高能的氢离子(相对论性质子)。
（图示）微泡内爆的所有主要事件，即激光，热电子扩散，内爆，最后的质子闪光
在本研究中，村上正松领导的研究小组证实，在MBI过程中，由于固体氢化物靶内爆中嵌入微米大小气泡电离后具有纳米大小的直径，可以在靠近施温格极限场的地方形成超高静电场。
通过大阪大学激光工程研究所进行的三维模拟，还发现气泡在最大压缩时的密度达到固体密度的几十万到一百万倍。在这种密度下，不大于一块糖的东西重达几百公斤。人们发现，气泡中心能量密度大约是太阳的100万倍。
（图示）三维模拟与模型静电场对比图插图显示了质子在中心周围的分布(根据离中心的距离用颜色编码)
这些惊人数字的能量在地球上被认为是不可能实现的，研究成果发表在《等离子体物理学》上。利用微泡内爆(MBI)技术研究了加速质子能量和可达静电场的激光强度标度。在MBI中，由于填充气泡的热电子所产生球对称静电力，气泡壁的质子受到向中心体积加速度。这种内爆会在坍缩时产生纳米大小的超高密度质子核，从而产生超高静电场，释放出相对论态的高能质子。
三维胞内粒子和分子动力学模拟以互补的方式进行。因此，揭示了MBI的基本物理特性。如气泡脉动和超高能量密度，这些特性的能量密度比在惯性约束等离子体聚变点火核心中预期的能量密度要高几个数量级。MBI具有作为等离子体光学器件的潜力，可以将应用的激光强度最佳放大两个数量级，因此，MBI被认为是解决施温格极限的一种新方法。
博科园｜研究/来自：大阪大学
参考期刊《等离子体物理学》
DOI: 10.1063/1.5093043
发表于 2020-2-24 17:11
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