激光与石墨烯将质子加速至1.32亿电子伏特

一道激光脉冲击中了由悬空石墨烯层构成的靶。石墨烯是只有一个碳原子厚的碳片。这道脉冲将质子（带正电的粒子）加速到实测最高132兆电子伏特（MeV），即1.32亿电子伏特。按这一能量计算，速度接近光速的一半。Takumi Minami、Che-Men Chu、Kentaro Sakai等人在《Progress of Theoretical and Experimental Physics》发表的结果，推进了相对较长激光脉冲这一类别的实验研究；它并不意味着已经制成可用于治疗患者的粒子束。

电子伏特是描述粒子尺度能量的单位。实验靶由跨越一个小间隙的多层悬空石墨烯组成。研究人员希望用激光产生强电场，让质子有更长时间获得能量。

在大阪大学，研究人员用持续约1.5皮秒的脉冲照射由四层、八层或十六层石墨烯组成的靶；一皮秒是一万亿分之一秒。径迹探测器记录粒子留下的痕迹，能谱仪按能量区分信号，针对图像的机器学习分析则帮助找出罕见的高能质子径迹。最高读数为132 MeV。

研究人员提出的解释来自二维模拟。激光使部分靶材变成等离子体——一种电离物质，其中从原子脱离的电子与带正电的离子共存——之后，一片电场区域可能沿材料向前移动，并持续推动质子超过三皮秒。所谓在电场上“冲浪”，只是形容粒子留在使其加速的区域；电场的移动轨迹是计算所得，并非直接拍摄到的。

日本国立量子科学技术研究开发机构发布的通报没有署名的个人记者。通报将132 MeV称为相对较长脉冲类别的纪录，也提到在不同条件下短脉冲激光达到的150 MeV。因此，132 MeV不是绝对的世界纪录，这两个数字也不能直接用于比较装置效率。

实验表明，这种装置能够将一部分质子加速至高能量。但它尚未展示可供临床使用的数量充足、均匀且可控的粒子束：能量最高的那一小群质子，比一项对照研究中的相应粒子群少得多。关键的下一步是在质子数量足够、粒子束质量可用的条件下重复加速，并通过更多测量检验模拟预测的移动电场。