九州大学大学院综合理工学研究院的渡边幸信教授与量子科学技术研究机构 · 量子束科学部门关西光科学研究所（以下简称“关西研”）的几位研究员、大阪大学激光科学研究所的千德靖彦教授组成的研究团队，研究发现将强激光收束到数微米程度，并以高强度照射物质时，电子产生的独特运动机制。
将强激光聚光照射在极薄的物质上，会产生电子和离子，并会发生加速至高能量的“激光加速”现象。由于激光加速与一直以来的线性加速器相比，能生成100万倍以上高的加速电场，作为应用于重粒子束癌症治疗装置上的加速器的飞跃性小型化相关技术，世界各国都在争相研究开发。目前为止，虽然理论上已辨明通过提高激光强度，可使电子及离子加速产生高能量，但实验中存在的激光装置稳定性及重复性能问题尚未得到充分调查。
本次，研究团队利用关西研开发的具备高稳定性、高重复性的高强度激光装置“J-KAREN（ジェイ カレン）”，在世界范围内首次系统调查了激光强度、聚光尺寸与加速的电子能量间的关系。结果证明，将激光聚光到数微米程度时，电子能量达到峰值，与之前所认定的理论模型不同。通过超级计算机的模拟解析，得知虽然聚光尺寸缩小，光强度变大，电子急剧加速，但不在当初理论预测达到最大能量前的加速范围（存在光电磁场的范围）内。
此外，我们还提出了融合本研究结果的新理论模型。本次研究发现要得到更高的加速能量，须要合适的聚光尺寸，以及比原来认定的更大的激光能量。这将成为世界各国竞争日益激烈的激光加速器开发的一项重要指标。
今后，利用我们提倡的理论模型设计的激光加速器，将对新一代小型高性能重粒子束癌症治疗装置的开发产生重要影响。本研究成果已于2020年2月27日（周四）2:00（日本时间）刊登在美国物理学会杂志Physical Review Letters网络版上。
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