記者25日從中國科學技術大學了解到，該校胡廣月和陸全明教授合作的科研團隊利用上海“神光II”高功率激光裝置，首次觀測到磁化無碰撞沖擊波中“費米加速循環”的單次反射加速過程產生的準單能離子。研究成果日前在線發表在《科學·進展》上。

無碰撞沖擊波是宇宙中最強大的粒子加速器，帶電粒子在無碰撞沖擊波上下游之間反射時會獲得加速，上下游之間多次循環加速產生了冪律譜的高能宇宙射線。磁化無碰撞沖擊波中的“費米加速循環”最早是由費米提出，它被認為是宇宙中高能帶電粒子的主要加速機制。在進入“費米加速循環”之前，帶電粒子必須被預加速到足夠大的回旋半徑以實現在磁化無碰撞沖擊波上下游之間反射。為此，學界提出了一些“預加速機制”解決這種“注入問題”。然而，由于空間探測的不足，學界對無碰撞沖擊波的形成和演化以及高能宇宙射線的加速過程仍然缺乏全面的理解，對高能宇宙射線“費米加速循環”的單次反射加速過程還缺乏實驗觀測，對哪種“預加速機制”占主導的問題仍有較大爭議。

利用“神光II”大型激光裝置燒蝕靶物質產生的高速等離子體流，研究團隊在磁化背景等離子體中驅動產生了速度400千米每秒、磁聲馬赫數6的超臨界磁化無碰撞沖擊波，測量到是沖擊波速度2至4倍的準單能離子。這是首次在實驗室內觀測到磁化無碰撞沖擊波中“費米加速循環”對離子的單次反射加速現象，與衛星在地球“弓形波”中探測到的現象一致。

研究表明，漂移加速主導了此次實驗和地球“弓形波”中的離子加速過程，這一機制相較于沖浪加速機制具有更高的加速效率。研究人員表示，實驗中觀測到引入數特斯拉的磁場可以顯著提高離子加速效率，這一發現為改進激光驅動的離子加速器設計提供了參考。