提到研究微觀世界，人們首先想到的工具就是顯微鏡，而粒子加速器正是研究微觀粒子世界的超級顯微鏡。人們想要研究的基本粒子（例如原子核）可以類比為一個核桃，如果要看到核桃的內部結構，可以用石頭砸開核桃，看清楚其內部結構。我們常見的各種粒子加速器，例如高能對撞機、同步輻射光源和自由電子激光，就是加速帶電粒子進行對撞或者進行照射成像，來探測物質微觀結構的一種研究工具。

　　通常，人們采用微波來進行高能粒子加速，由于加速結構存在打火擊穿的限制，高能加速器的規模和造價都越來越難以承受，例如西歐核子中心大型強子對撞機（LHC）周長達到27公里，正在預研的下一代高能加速器——環形對撞機（CEPC）周長預計可能接近100公里。2018年10月，法國科學家、飛秒激光發明人熱拉爾·穆魯被授予諾貝爾物理學獎，諾貝爾學院在頒獎報告中特別提到超短超強激光技術在加速器和醫學領域的應用。隨著超短超強激光技術的發展，激光聚焦光強可以達到1018W/cm2以上，對應的電場高達1012V/m。這樣強的激光與等離子體相互作用時，克服了真空擊穿問題，產生的加速電場可以比常規加速器至少高出千倍以上，可以更加經濟地實現高能粒子加速。例如采用激光加速器可以把3公里長的美國斯坦福大學30GeV直線加速器縮短到足球場大小，激光加速器使得“大物理變小”。同時激光加速器產生的粒子束具有能量高、脈沖短（皮秒量級）、尺寸小（微米）、方向性好以及峰值流強高等特點，未來在腫瘤輻照與免疫放療、等離子體磁場診斷、短壽命粒子加速、光核物理、質子超聲和材料輻照等方面具有非常廣泛的應用前景。

　　先進加速器作為前沿科學中的核心儀器設備，對人類的生存與發展以及國家安全具有重要影響，成為衡量綜合國力的一項重要標志。有鑒于此，美日歐等國家競相開展了激光等離子體加速器前沿研究，目前國際上100TW級別的激光加速實驗室已經超過100多個。世界上最大的加速器實驗室歐洲核子研究中心（CERN）也將等離子體加速作為未來加速器的重要選項，并將優先開展這方面的研究。目前國際超強激光委員會（ICUIL）與國際未來加速器委員會（ICFA）已經開始就相對論等離子體加速研究開展合作，并將百MeV離子加速、高亮度光源和TeV高能對撞機作為未來發展的三個重要階段目標。

　　2019年北京大學重離子物理研究所激光加速團隊建議的先進加速器平臺——北京激光加速創新中心項目（簡稱“中心”）入選了懷柔科學城第二批交叉平臺，并由北京大學原校長陳佳洱院士擔任中心理事長，飛秒激光發明人熱拉爾·穆魯教授擔任國際科學顧問。中心將建造短脈沖激光質子加速器和短脈沖寬譜高亮度光源應用裝置，打造國際領先的激光加速器創新平臺，支撐新一代光源預研，為未來國家重大科技基礎設施落地奠定基礎，并有望培育新型加速器產業。這一科學中心將基于重頻拍瓦飛秒激光裝置，建設拍瓦激光粒子加速器，將實現最高能量百兆電子伏以上的質子束產生，并探索激光驅動的高峰值流強粒子束（質子）在醫療領域中的應用，同時針對緊湊型激光粒子放療系統開展關鍵技術研究，研發穩定可靠的關鍵部件，搭建國產拍瓦激光系統，最終實現圍繞腫瘤治療的應用示范目標。該科學中心還將圍繞激光驅動高能帶電離子束的產生及其在聚變能源、空間輻射模擬、生物輻照和超快粒子束應用等方面開展開拓性研究，促進激光加速器與能源、空間、生物以及材料等學科的交叉融合；也將建設完善的工藝支撐平臺，為科學研究提供有力支撐和保障，并形成產學研一體化的前沿陣地。

　　如今，北京激光加速創新中心的基建、裝修工程已全部完工，設備已全部進場，完成了初步安裝。這里即將擁有世界上功率最高的1赫茲重頻2拍瓦激光裝置，它可以產生各種超快粒子束流。作為國際上最先進的激光加速平臺之一，激光驅動的超快束流可以應用在多個前沿領域，對于腫瘤免疫治療、核電池、核鐘、能源和超快核物理等研究都將有重要意義和應用價值。

　　《光明日報》（2023年11月23日 16版，作者：顏學慶 北京大學博雅特聘教授）