导读：2018年的诺贝尔物理奖，想必大家还记忆犹新，获奖项目“啁啾脉冲放大（Chirped Pulse Amplification）”是一种可以增强我们当今使用的最高功率的研究用激光器脉冲的一种技术。作为下一代激光装置，将功率提升至至少10帕瓦（petawatts）。物理学家预测这将带领我们的等离子体研究进入一个新时代。等离子体的典型行为主要受黑洞和来自脉冲星的风所影响。

等离子体中的量子电动力学 现象，来自：Stephen Alvey/Alec Thomas

研究人员发表了一项评估状况的研究：即新一代的高功率激光装置正在准备教导我们关于强场量子电动力学（QED）过程的相对论等离子体的课题。此外，提出的新的研究方案将进一步的探索这一新的现象。

随等离子体密度变化的强场物理的不同区域以及要么随强场要么随激光强度变化

这一研究成果发表在期刊《Physics of Plasmas》上，该论文介绍了相对论等离子在超临界场条件下的物理本质，讨论了该领域的当前研究现状并提出了未来发展的可能趋势。同时还对一直困扰在人们心中且在今后几年特别重要的没有定论的问题也给予了重点介绍。

强场量子电动力学是在大型对撞机设施中还没有被探索的粒子物理的标准模型研究领域中的一个冷门，如坦福大学负责运行管理的SLAC国家加速器实验室（SLAC National AcceleratorLaboratory）或欧洲核子研究组织（European Organization for Nuclear Research），造成该研究成为冷门的原因是由于缺乏在加速设置时的强电磁场所造成。有了高功率激光，研究人员就可以使用强场来进行研究，这一现象在γ射线的发射和正负电子对形成的现象研究中已经得到了观察。

研究人员探索了基础物理中可能导致相对论等离子物理潜在发展的关键问题并发展了高能离子、电子、正电子和光子源。这一发现成为发展许多现代扫描技术的关键，其范围可以从材料科学研究到医疗发射治疗、到下一代国土安全和工业所用的X光照相技术等。

各种相关的典型研究的结果

强场量子电动力学过程会导致显著的新的等离子体物理现象，如致密电子正电子对等离子体在真空中的产生，由于强场量子电动力学所造成的完全激光能量吸收过程，或者超相对论电子束的停止，这可以利用细微的激光束穿透1cm厚度的铅等等。

这一等离子体物理的现象所带来的新技术可以将极大的为我们带来无限新的可能，尤其是在强场量子电动力学等离子体本身是一种物理中的全新研究领域。在当前的阶段，即使有足够的理论解释也不足以解释它所拥有的可能应用。

图 强场量子电动力学研究的时间轴

图解：该项研究分为三个过程，激光装置用于中等激光能量强度的用来进行强场量子电动力学的研究；高能量密度的激光器用来进行多光束装置进行集积等离子体效应和强场量子过程之间的相互影响之间的研究；激光等离子体碰撞的装置用来进行SF强场量子电动力学极限的研究

研究人员期望他们的论文能够引起更多的研究人员对强场量子电动力学等离子体的现存研究领域的关注。

Tips：

2018年，（10月2日）诺贝尔物理学奖正式公布，由三位科学家共同分享，分别是美国科学家亚瑟·阿斯金 (Arthur Ashkin) 、法国科学家杰哈·莫罗 (Gérard Mourou) 和加拿大科学家唐娜·斯特里克兰 (Donna Strickland)。三位科学家以在激光物理学领域的突破性发明(for groundbreaking inventions in the field of laser physics).

2018年的诺贝尔物理奖获得者肖像图

阿金斯的贡献为“光学镊子及其在生物系统的应用”，莫罗和唐娜的贡献为“产生高密度超短光学脉冲的方法”。1922 年出生于美国纽约布鲁克林的阿什金教授被授予了一半的诺贝尔奖金。这位“激光辐射压力之父”的主要科学贡献是在 1987 年前后发明了一种神奇的“光学镊子”，即可以利用所谓的“激光手指”在不伤害生物体活性的前提下抓取其中的微小粒子，包括细菌、病毒和 DNA 等生物材料。这一技术现已被广泛应用于包括医学在内的生命科学领域。

208年诺贝俄日物理奖-啁啾脉冲放大（Chirped Pulse Amplification）的原理图

另外一半诺贝尔奖金由穆鲁教授和他的学生斯特里克兰教授分享。穆鲁于1944年出生在法国的阿尔贝维尔，而斯特里克兰于1959年出生于加拿大的贵湖。他们二人后来在美国罗彻斯特大学成为师生，于1985年共同发明了啁啾脉冲放大技术（CPA），该技术的神奇之处在于能够将短激光脉冲放大到极高的峰值功率，甚至达到万亿瓦级。这一发明彻底改变了激光科学领域的面貌，也为核物理学、粒子物理学、医学等学科的前沿研究提供了有力的工具。

穆鲁教授和他的学生斯特里克兰

凭借这一工作， 30 岁的斯特里克兰于 1989 年获得了博士学位，并一举成为激光领域的青年领军人物。而她与导师的合作如今得到诺贝尔物理学奖的承认，更是创造了一项历史记录：他们是迄今为止唯一由男导师与女学生分享诺贝尔物理学奖的师生组合！尽管 1903 年大名鼎鼎的玛丽·居里（Marie Curie）也与一定程度上具有导师名分的皮埃尔·居里（Pierre Curie）分享了一半的诺贝尔物理学奖（另一半由法国物理学家亨利·贝克勒尔（Henri Becquerel）获得），但他们的主要人际关系其实是夫妻。

参考：科学网文章：2018年诺贝尔物理学奖：年龄与性别的双重突破，

参考文献：

1. P. Zhang, S. S. Bulanov, D. Seipt, A. V. Arefiev, A. G. R. Thomas. Relativistic plasma physics in supercritical fields. Physics of Plasmas, 2020; 27 (5): 050601 DOI: 10.1063/1.5144449