“微泡內爆”概念圖。圖片由大阪大學提供

日本大阪大學激光科學研究所村上匡且教授領導的研究小組公布，他們發現了一種稱為“微泡內爆”的全新粒子加速機制：向內含微米尺寸泡(球形空洞)的氫化合物外側照射超高強度激光，氣泡在收縮到原子尺寸的瞬間，發射出超高能量的氫離子(質子)。

在這種機制中，帶正電荷的離子通過用1000億攝氏度超高溫的電子填充氣泡，從而產生強負靜電力，會向氣泡中心呈球對稱型加速。無數離子在球體中心的奇點處高速加速和碰撞，理論上可以在僅數十個原子的納米尺度極小空間內，實現與白矮星內部相匹敵的高密度壓縮。如果將物質壓縮到前所未有的超高密度，一塊方糖大小的物質的重量可超過100公斤。

此外，研究人員發現這種氣泡會以數十飛秒的周期重復收縮和膨脹，當縮小到納米尺寸并達到最大壓縮的瞬間，輻射出高能質子，具有“納米脈沖星”一樣新奇的特征。

如果用傳統加速器，高能粒子的加速距離需要數十米到數百米。這種納米級正電荷輻射的驚人物理現象尚屬首次發現。在這種現象中，起決定性作用的是與宇宙大爆炸完全相反的特異運動，即帶電離子縮小到空間中的一個點，并以大約一半光速的超高速碰撞——這與迄今為止發現和預測的所有加速原理在本質上完全不同。

該研究成果的意義在于，通過研究納米與飛秒這種極小和極短的現象，不僅有助于闡明空間物理學上一些難解之謎，例如在恒星和宇宙中交錯飛行的高能粒子的起源，還有望作為產生核聚變反應的小型中子源，應用于醫療和工業中。