強(qiáng)激光等離子體物理是隨著激光技術(shù)的發(fā)展而快速興起的一門交叉學(xué)科, 主要研究強(qiáng)激光與物質(zhì)相互作用形成的等離子體結(jié)構(gòu)、演化及應(yīng)用.其研究?jī)?nèi)容從早期納秒激光與等離子體作用相關(guān)的慣性約束聚變物理, 到近年來(lái)飛秒激光與等離子體作用的新型加速器和輻射源物理, 再到當(dāng)前和未來(lái)以數(shù)十至百拍瓦激光等離子體作用的量子電動(dòng)力學(xué)(QED)等離子體物理, 逐步得到拓展和深入.其研究成果惠及聚變物理、加速器物理、核物理以及實(shí)驗(yàn)室天體物理等等, 是一門既面向科學(xué)前沿,又針對(duì)國(guó)家重大需求的基礎(chǔ)學(xué)科.

最近二十年超短超強(qiáng)激光等離子體物理快速發(fā)展得益于1985 年發(fā)明的啁啾脈沖放大技術(shù)(CPA, 該技術(shù)的發(fā)明者Gérard Mourou 與Donna Strickland 獲2018 年諾貝爾物理獎(jiǎng)).CPA 技術(shù)使得激光聚焦強(qiáng)度迅速提升數(shù)個(gè)量級(jí), 超過(guò)1018W/cm2, 從而使激光與等離子體相互作用進(jìn)入到相對(duì)論區(qū)域, 這使得由皮秒和飛秒激光驅(qū)動(dòng)的, 以質(zhì)子/電子加速, 太赫茲和高次諧波輻射, 以及全光湯姆孫散射為代表的激光等離子體物理研究取得了巨大的進(jìn)步.當(dāng)前, 新一代超高功率激光技術(shù)正在世界范圍內(nèi)蓬勃發(fā)展, 數(shù)十至百拍瓦激光已經(jīng)或即將投入使用, 激光強(qiáng)度將進(jìn)一步提升至1023—1024W/cm2, 激光等離子體物理作用中的過(guò)程會(huì)更為豐富多彩.以輻射阻尼、正負(fù)電子對(duì)產(chǎn)生和超亮伽瑪射線輻射, 以及自旋極化、真空極化為代表的QED 效應(yīng)在激光等離子體作用中將越來(lái)越顯著, 強(qiáng)激光等離子體物理也將從相對(duì)論效應(yīng)主導(dǎo)區(qū)域進(jìn)一步拓展到QED 效應(yīng)顯著區(qū)域,QED 等離子體物理應(yīng)運(yùn)而生.利用強(qiáng)激光等離子體實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證和研究非線性強(qiáng)場(chǎng)QED 理論已成為可能, 這些研究也為開拓高能伽瑪射線源, 自旋極化高能粒子束等應(yīng)用奠定了基礎(chǔ).

鑒于本領(lǐng)域在近二十余年的快速發(fā)展以及大量未知現(xiàn)象亟待探索, 《物理學(xué)報(bào)》組織本專題.我們邀請(qǐng)了國(guó)內(nèi)部分活躍在該領(lǐng)域前沿的中青年專家撰稿, 全面、深入地探討該領(lǐng)域最新研究成果以及未來(lái)潛在的發(fā)展方向.本次專題主要涉及以下兩方面內(nèi)容: 一是介紹激光等離子體加速高能電子、質(zhì)子, 以及太赫茲和高次諧波輻射的理論和實(shí)驗(yàn)研究, 這部分內(nèi)容主要是對(duì)過(guò)去國(guó)內(nèi)外成果的總結(jié), 并對(duì)其應(yīng)用做出展望; 二是在理論上展示未來(lái)超強(qiáng)激光將帶來(lái)的新物理、新現(xiàn)象, 包括輻射阻尼、超亮伽瑪射線輻射和極化粒子加速, 以及強(qiáng)場(chǎng)X 射線激光物理等.在激光發(fā)明走過(guò)60 周年, 正步入一個(gè)全新發(fā)展階段之際, 我們期待該專題能夠?qū)?qiáng)激光在等離子體等領(lǐng)域的發(fā)展給與概述性的介紹, 對(duì)本領(lǐng)域未來(lái)發(fā)展做出展望, 并對(duì)國(guó)內(nèi)同行的學(xué)術(shù)交流做一點(diǎn)貢獻(xiàn).受水平及時(shí)間所限, 本專題所反映的研究現(xiàn)狀難免掛一漏萬(wàn), 錯(cuò)失和不當(dāng)之處懇請(qǐng)各位同仁不吝指正.