一組來自英國牛津大學及貝爾法斯特女王大學的研究團隊展示了他們能夠利用一種稱為相對論性諧波生成的非線性光學技術，產生極為強烈的光束。這為產生之前在實驗室設置中未曾聽聞的電磁場強度鋪平了道路。正如對材料量子行為的探究促進了量子感測和計算的發展，它同樣可以幫助物理學家更好地理解我們周圍的世界及宇宙的基本性質。量子電動力學（QED）的理論建議，當高強度的光與真空相互作用時，可以轉化為物質。
這一理論可以被簡單地檢驗，但唯一的障礙在於，該理論中提到的極高強度的光比我們迄今開發的最強激光強一百萬倍。 一個由牛津大學慣性物理教授彼得·諾雷斯領導的研究團隊，利用中央激光設施的雙子激光產生相干的極紫外（XUV）和X射線光子，這是通過相對論性諧波生成來實現的。在這種方法中，研究人員將高頻、超短的激光脈衝以亞皮秒（10^-12）速度射向固體玻璃目標，這創造出一種像振盪鏡面一樣的等離子體，隨後的激光照射到它上面就像是擊中一面以接近光速移動的鏡子，這通常被稱為愛因斯坦的飛行鏡子。
這樣做壓縮了從等離子體反射回來的光，從而增加了其強度。研究團隊與貝爾法斯特女王大學的研究人員合作，使用一種稱為相干諧波聚焦的過程將這束光集中到僅幾納米寬的小區域內。 這束光的強度有多強？不幸的是，研究人員無法直接測量強度，但理論估算表明，團隊可能將激光強度提升至每平方釐米 10^23 瓦特。“我們的XUV光束的能量比以往測量的亮度高出三個數量級，”牛津大學的博士後研究助理羅賓·提米斯在新聞稿中表示。
“通過弭平理論預期與實驗結果之間的長期差距，我們確認了支持相干諧波聚焦所需的能量，因此在原始激光脈衝的基礎上提供了顯著的強度提升。” 這些實驗展示了一條現實的途徑，用於在實驗室研究中生成極端的電磁場。研究人員對他們的方法能突破施温格極限充滿信心，該極限超過每釐米 10^16 伏特或每平方釐米 10^29 瓦特，這為量子真空的光學研究鋪平了道路。此外，這可能有助於物理和生物系統的超快成像應用，以及光刻技術和核聚變科學，研究人員補充道。
團隊目前正在分析一些後續實驗的數據，以決定下一步的行動。“我們將很快發佈關於在該次實驗中發現的新諧波光束的結果，”提米斯在新聞稿中補充道，“未來的研究將專注於主動控制相干諧波聚焦並直接測量其強度。”該研究結果已發佈於《自然》期刊。
