科学家利用“量子放大镜”聚焦高能光，在实验室创造出迄今最强光

4 月 27 日消息，来自牛津大学、贝尔法斯特女王大学及全球合作伙伴的研究人员展示了一种新方法，成功在实验室中产生迄今最强的光。

该研究为实现探索量子电动力学 —— 即光与物质在最基本层面上如何相互作用的基础学科 —— 提供了一条切实可行的途径。相关研究成果于 4 月 22 日发表在《自然》上。

科研人员利用 Gemini 激光器，通过名为等离子体的带电粒子云对光进行了“压缩”。这一进展可能会促成更先进的实验，通过迫使光与量子真空直接碰撞，来检验物理学的基本定律。

该成果依赖于两项先进技术：相对论谐波产生与相干谐波聚焦。研究人员使用 Gemini 激光器向以相对论速度移动的等离子体镜发射强脉冲，成功演示了相对论谐波产生。

由于这面镜子朝着光源以相对论速度运动，反射光被压缩并提升到更高的能量（类似于多普勒效应）。随后，团队通过相干谐波聚焦将这些光波汇聚。就像放大镜将阳光聚焦到一点可以烧纸一样，该技术将多个波长的光能集中到一个微观点上，起到“量子放大镜”的作用，实现了前所未有的能量聚焦。

这一突破为直接探测量子电动力学以及观察光与量子真空之间极端的相互作用，提供了一套实用的工具。数十年来，要探究量子电动力学的深层定律，需要将粒子束对撞到激光上 —— 这一过程就像通过 10 个不同移动相机的画面来分析一场车祸一样混乱而复杂。

这种新方法还将整个相互作用过程集成在激光系统内部。通过直接观察，它消除了复杂的数学换算需求，最终弥合了理论预测与实验结果之间长达 20 年的鸿沟。其结果是一种更清晰、更精简的方法，简化了人们对宇宙最极端定律的研究。

这项研究跨越 2024 年至 2025 年，是英国 AWE plc、美国密歇根大学和德国耶拿大学等高场物理专家的全球合作成果。

“这项工作融合了激光技术、等离子体物理和超快材料科学，经过精细调整，旨在解决一个困扰该领域二十多年的理论与实验之间的持续不匹配问题，”论文合著者、贝尔法斯特女王大学的 Brendan Dromey 教授表示。这是一项切实可行的进展，有望在以前被认为无法在实验室复制的条件下检验物理学定律。

附论文地址：https://doi.org/10.1038/s41586-026-10400-2