粒子加速器在半導體應用、醫學成像與治療以及材料、能源和醫學研究方面具有巨大的潛力。但傳統加速器需要很大的運行空間，非常昂貴，只有少數國家實驗室和大學才有。據最新一期《極端條件下的物質與輻射》雜志報道，包括美國得克薩斯大學奧斯汀分校在內的研究團隊展示了一種長度不到20米的緊湊型粒子加速器，名為先進激光尾流場加速器，它可產生能量為100億電子伏的電子束。

該氣室是得克薩斯大學奧斯汀分校開發的緊湊型激光尾流場加速器的關鍵組件。圖片來源：物理學家組織網

目前在美國只有兩個加速器可達到如此高的電子能量，但長度都達到3公里。現在，研究人員可在10厘米內的腔室中達到這么高的能量。

激光尾流場加速器的原理是，用極強的激光射擊氦氣，將其加熱成等離子體并產生波，將電子從氣體中擊出，形成高能電子束。這一概念自1979年被提出以來，一直廣受關注。

此次，研究團隊的關鍵進展依賴于納米顆粒。輔助激光擊中氣室內的金屬板，金屬板注入一股金屬納米粒子流，增強了從波傳遞到電子的能量。

激光就像一艘掠過湖面的小船，會留下尾跡，電子像尾波沖浪者一樣駕馭著這股等離子波。研究人員比喻說，沖浪者很難在不受控的情況下進浪，所以一般情況下摩托艇會拖著沖浪者進浪。在新型加速器中，納米粒子相當于摩托艇，它們在正確的點和正確的時間釋放電子，所以它們都能在尾波中“沖浪”。

在實驗中，研究人員使用了世界上最強大的脈沖激光器之一——得州拍瓦級激光器，每小時發射一次超強脈沖光，但持續時間僅為150飛秒，不到閃電放電時間的十億分之一。

目前，研究團隊正在探索將他們的加速器用于多種目的，如測試太空電子設備抵御輻射的能力、拍攝芯片設計的3D內部結構，甚至開發新的癌癥療法和先進的醫學成像技術。

這種加速器還可用來驅動X射線自由電子激光器，這種設備可拍攝原子或分子尺度的慢動作電影，如藥物與細胞的相互作用、電池內部導致起火的變化、太陽能電池板內部的化學反應，以及病毒蛋白質在感染細胞時的形狀改變。