年度科学：1997 年物理学

一种有前景的核聚变方法是用激光轰击氢燃料颗粒。然而，要达到足够高的温度和压力，使氢聚变成氦，科学家们不得不建造大型激光器，耗费巨大。去年三月，伦敦帝国学院的一组物理学家宣布了一种用足够小的激光器进行聚变研究的方法，这种激光器可以放在桌面上。诀窍是利用原子簇的特殊物理性质。

大型激光聚变装置通过形成大约一千亿万个高能氢原子的紧密压缩等离子体来工作，而托德·迪特米尔和他的同事则将极其细微的氙气喷入真空室，在那里氙原子以每个约2500个原子的微滴状簇的形式悬挂着。然后，研究人员将一束高度聚焦的激光束射入雾气中，持续时间少于一万亿分之一秒。任何穿过光束的簇都会被粉碎成高能离子和电子。当迪特米尔测量这些碎片状粒子的速度，从而确定它们的温度时，他发现它们已经达到了超过9.4亿华氏度——比太阳核心温度高30多倍。迪特米尔说：“我们预计会看到高能离子，但我们绝对没有预料到它们会那么高。”

小型激光器如何释放出如此多的能量？由于光束高度聚焦，它将足够的能量集中在足够小的区域内，从而触发氙簇内部的一些精妙物理现象。迪特米尔说：“强烈的激光束进入并剥离了原子球中的所有电子，从而在球内形成一个电子云。”随着云的加热，它膨胀直到达到一个关键尺寸，此时云开始共振。云在氙离子周围来回晃动，当它与激光的频率共振时，就可以将大量的能量注入电子云中。这些被激化的电子随后撞击氙离子，直到它们自身也被超热。