超短超強激光等離子體物理專題編者按

強激光等離子體物理是隨著激光技術的發展而快速興起的一門交叉學科, 主要研究強激光與物質相互作用形成的等離子體結構、演化及應用.其研究內容從早期納秒激光與等離子體作用相關的慣性約束聚變物理, 到近年來飛秒激光與等離子體作用的新型加速器和輻射源物理, 再到當前和未來以數十至百拍瓦激光等離子體作用的量子電動力學(QED)等離子體物理, 逐步得到拓展和深入.其研究成果惠及聚變物理、加速器物理、核物理以及實驗室天體物理等等, 是一門既面向科學前沿,又針對國家重大需求的基礎學科.

最近二十年超短超強激光等離子體物理快速發展得益于1985 年發明的啁啾脈沖放大技術(CPA, 該技術的發明者Gérard Mourou 與Donna Strickland 獲2018 年諾貝爾物理獎).CPA 技術使得激光聚焦強度迅速提升數個量級, 超過1018W/cm2, 從而使激光與等離子體相互作用進入到相對論區域, 這使得由皮秒和飛秒激光驅動的, 以質子/電子加速, 太赫茲和高次諧波輻射, 以及全光湯姆孫散射為代表的激光等離子體物理研究取得了巨大的進步.當前, 新一代超高功率激光技術正在世界范圍內蓬勃發展, 數十至百拍瓦激光已經或即將投入使用, 激光強度將進一步提升至1023—1024W/cm2, 激光等離子體物理作用中的過程會更為豐富多彩.以輻射阻尼、正負電子對產生和超亮伽瑪射線輻射, 以及自旋極化、真空極化為代表的QED 效應在激光等離子體作用中將越來越顯著, 強激光等離子體物理也將從相對論效應主導區域進一步拓展到QED 效應顯著區域,QED 等離子體物理應運而生.利用強激光等離子體實驗驗證和研究非線性強場QED 理論已成為可能, 這些研究也為開拓高能伽瑪射線源, 自旋極化高能粒子束等應用奠定了基礎.

鑒于本領域在近二十余年的快速發展以及大量未知現象亟待探索, 《物理學報》組織本專題.我們邀請了國內部分活躍在該領域前沿的中青年專家撰稿, 全面、深入地探討該領域最新研究成果以及未來潛在的發展方向.本次專題主要涉及以下兩方面內容: 一是介紹激光等離子體加速高能電子、質子, 以及太赫茲和高次諧波輻射的理論和實驗研究, 這部分內容主要是對過去國內外成果的總結, 并對其應用做出展望; 二是在理論上展示未來超強激光將帶來的新物理、新現象, 包括輻射阻尼、超亮伽瑪射線輻射和極化粒子加速, 以及強場X 射線激光物理等.在激光發明走過60 周年, 正步入一個全新發展階段之際, 我們期待該專題能夠對強激光在等離子體等領域的發展給與概述性的介紹, 對本領域未來發展做出展望, 并對國內同行的學術交流做一點貢獻.受水平及時間所限, 本專題所反映的研究現狀難免掛一漏萬, 錯失和不當之處懇請各位同仁不吝指正.