激光激波加速和等離子體激波加速有可能提高粒子加速器的能量，但實施這些技術具有挑戰性。現在，一個國際團隊使用一個 "激光等離子體激波加速器 "對電子進行了加速，它結合了兩種技術的優點。這樣的加速器可以增加世界各地的高能粒子物理設施的數量，或者被用來創造被廣泛的科學學科使用的自由電子激光器。
粒子加速器對物理學中一些最重要的發現負有責任，但以越來越高的能量碰撞粒子的需要正在將現有技術推向極限。傳統的加速器使用射頻電場，但通過電弧放電損壞部件的風險，甚至是因過熱而簡單地融化部件的風險，限制了人們可以應用的最大磁場。因此，加速器設施正變得龐大、昂貴，而且絕大多數物理學家都無法使用。事實上，全世界只有少數設施--如歐洲核子研究中心的大型強子對撞機--能夠進行尖端的粒子物理研究。
瓦克菲爾德加速器是一種新穎的替代方法，它利用能量脈沖在靜止的等離子體中產生電場波--就像一艘船在水中行駛時留下的尾流。如果一束尾隨的粒子時間安排得當，它就能在這個波浪上沖浪，并且比傳統加速器的加速速度要快得多。然而，問題在于創造這種能量的脈沖。
脈沖問題
一種選擇是使用激光，但激光激波加速器有嚴重的限制。"德國亥姆霍茲-德累斯頓羅森多夫中心的加速器物理學家Arie Irman解釋說："你能從激光驅動的加速器中獲得的最大能量受到了所謂的去雜作用的限制;"與你的加速電子相比，等離子體波簡直太慢了。另一種可能性，即所謂的等離子體若隱若現加速，是注入一大堆高能量的 "驅動 "粒子，利用等離子體作為能量轉移機制，將尾隨的小得多的粒子中的每個粒子加速到比驅動粒子中的粒子高得多的能量。然而，這些 "等離子體若場加速器 "仍然需要一個傳統的粒子加速器來產生驅動束。
2010年，伯納德-希丁(Bernard Hidding)--當時在杜塞爾多夫的海因里希-海涅大學，現在在斯特拉斯克萊德大學--提議結合兩者的優勢，使用激光來創造一個等離子體，而這個等離子體又可以用來發送一束粒子穿過另一個等離子體。隨后，幾個研究小組已經實現了這種設備的近似，而現在Irman、Hidding及其同事首次展示了一臺能夠實際加速電子的機器。
研究人員的加速器被分為兩部分(見圖)。在一側，一個高功率的激光脈沖穿過氣體，將其電離并將等離子體波送入一片鋼箔。這反射了激光，但瞬間被電離，允許等離子體的電荷通過，進入另一側的預電離氣體。等離子體中產生了一個巨大的浪涌場，使研究人員能夠在短短幾毫米內將電子加速到128 MeV--一個100 GV/m的加速梯度。這比傳統的加速器所能達到的至少陡峭1000倍。
大學設施
盡管進行該實驗需要一個專業的高功率激光設施，但這種激光器比大型粒子加速器要常見得多。"例如，在英國有幾個激光設施，但沒有射頻驅動的等離子體醒目加速設施，Irman說;"在未來幾年，我認為即使是大學也能負擔得起這樣的100 TW激光器，這將成為相當標準。"
"位于博爾德的科羅拉多大學的等離子體加速器物理學家Michael Litos說："這項[工作]非常棒，因為這些人完成了該領域多年來一直在思考的事情，那就是在大學范圍內進行電子束驅動的等離子體-脈動加速器研究，而不是依賴世界上這些極少數的研究設施。
他認為首批應用之一可能是生產X射線自由電子激光器，這需要高能量的電子束。"現在，你能得到這些高亮度X射線激光脈沖的唯一地方是像SLAC這樣的設施，他們有林納克相干光源......它們有成千上萬的用途，而且需求量巨大。在我們甚至達到對撞機之前，我會說等離子體加速器技術的夢想應用之一是生產一個大學規模的自由電子激光器。"
該研究發表在《自然通訊》上。
