大型加速器包括廣泛用于粒子物理研究的對(duì)撞機(jī)或各科研領(lǐng)域的高品質(zhì)光源，是現(xiàn)代科學(xué)研究至關(guān)重要的研究工具,。它們往往復(fù)雜昂貴且規(guī)模巨大，例如歐洲核子中心CERN的大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)周長(zhǎng)達(dá)27公里，美國(guó)斯坦福線性加速器國(guó)家實(shí)驗(yàn)室（Stanford Linear Accelerator National Lab,，SLAC）的第四代光源長(zhǎng)達(dá)一公里。在這一領(lǐng)域,，尾波加速成為一種近年來(lái)發(fā)展迅猛的新型加速器技術(shù),，因其超出傳統(tǒng)加速器千倍以上的超高加速梯度，有望將大型加速器和光源縮小到普通桌面規(guī)模,。2007年《自然》雜志曾以“等離子體革命”來(lái)形容這種新型加速器技術(shù),，認(rèn)為它將為加速器在工業(yè)、科研和醫(yī)療等領(lǐng)域的應(yīng)用帶來(lái)革命性的變化,。
等離子尾波加速的基本原理可以簡(jiǎn)單用“光速?zèng)_浪”來(lái)比喻：當(dāng)超短超強(qiáng)激光或電子束以接近光速在稀薄等離子體介質(zhì)里傳播時(shí),，會(huì)在等離子體里留下類(lèi)似船劃過(guò)水面一樣的尾跡,，這就是尾波。像沖浪者一樣,，被加速的帶電粒子被尾波推著以接近光速前行,，并不斷獲得能量。由于尾波加速場(chǎng)比當(dāng)前成熟技術(shù)的加速場(chǎng)強(qiáng)千倍到萬(wàn)倍,，所以很小的距離就能獲得極高的能量,。比如一公里的傳統(tǒng)高能加速器，通過(guò)十幾厘米的尾波加速就能實(shí)現(xiàn),！
尾波加速概念在上世紀(jì)70年代末到80年代初在美國(guó)加州大學(xué)洛杉磯分校（UCLA）由等離子體物理泰斗John Dawson教授和他的同事提出,，在80年代中后期和90年代獲得了一定發(fā)展。這一階段標(biāo)志性工作是UCLA 的Chan Joshi教授等人關(guān)于尾波存在和可加速性的初步實(shí)驗(yàn)證明,。這些工作使尾波加速?gòu)某F(xiàn)實(shí)的概念轉(zhuǎn)變成了實(shí)驗(yàn)室中可以檢驗(yàn)的現(xiàn)象,，為尾波加速研究的初期發(fā)展做出了至關(guān)重要的貢獻(xiàn)。但受限于當(dāng)時(shí)的實(shí)驗(yàn)條件和物理理解,，尾波加速還遠(yuǎn)沒(méi)能顯示出很好的加速效果,，并不被人看好。進(jìn)入二十一世紀(jì),，尾波加速研究漸入佳境,，迎來(lái)了快速發(fā)展期。這一方面得益于超短超強(qiáng)激光和超短高亮度電子束技術(shù)的飛速發(fā)展所創(chuàng)造的前所未有的實(shí)驗(yàn)條件,，另一方面也得益于尾場(chǎng)加速在物理理解上的迅速發(fā)展,。
清華大學(xué)工程物理系魯巍教授目前是尾波加速領(lǐng)域國(guó)際公認(rèn)的領(lǐng)軍人物，他關(guān)于三維非線性尾波結(jié)構(gòu),、高效均勻加速,、尾波加速穩(wěn)定性、激光尾波加速現(xiàn)象學(xué)理論框架等一系列理論模擬工作,，以及激光和電子束驅(qū)動(dòng)的高能尾波加速系列實(shí)驗(yàn)工作為尾波加速諸多重要物理過(guò)程的理解奠定了基礎(chǔ),。2006年他從UCLA畢業(yè)，并于2011年歸國(guó)創(chuàng)建清華大學(xué)激光等離子體物理與先進(jìn)加速器技術(shù)研究團(tuán)隊(duì),。2007年,，魯巍教授獲尾波加速領(lǐng)域首屆John Dawson論文獎(jiǎng)，2014年獲國(guó)際純粹與應(yīng)用物理聯(lián)合會(huì)IUPAP青年科學(xué)家獎(jiǎng),，是世界范圍內(nèi)首位獲得該獎(jiǎng)的從事激光等離子體物理和加速器物理研究的學(xué)者,，也是亞洲首位獲獎(jiǎng)的等離子體物理學(xué)家。2006年開(kāi)始,，魯巍教授等人在《物理評(píng)論快報(bào)》上發(fā)表了一系列關(guān)于三維非線性尾波結(jié)構(gòu)和高效均勻加速的理論文章,，從原理上闡釋了高效率、低能散尾波加速的可行性。這些方案被SLAC采納為其大型研究裝置FACET的重要研究目標(biāo),，并根據(jù)要求對(duì)其系統(tǒng)進(jìn)行了大規(guī)模改造,。
2014年11月6日，學(xué)術(shù)期刊《自然》以封面特寫(xiě)形式發(fā)表了題為《等離子體尾波加速器中的高效率電子加速》的研究快報(bào),，系統(tǒng)描述了在美國(guó)斯坦福線性加速器國(guó)家實(shí)驗(yàn)室大型加速器研究裝置FACET上高效率尾波加速的實(shí)驗(yàn)結(jié)果,。該實(shí)驗(yàn)由SLAC、UCLA,、清華大學(xué)等單位合作完成,，首次在實(shí)驗(yàn)上證實(shí)了魯巍教授等人的理論預(yù)言，是尾波加速研究一個(gè)新的重要里程碑,。魯巍教授對(duì)該實(shí)驗(yàn)的物理設(shè)計(jì)提供了系統(tǒng)的理論指導(dǎo),，并參與了實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的采集與分析。該期《自然》封面以“全速前進(jìn)”來(lái)形容這一重要進(jìn)展,，認(rèn)為這是尾波加速成為未來(lái)高能加速器的關(guān)鍵一步,。
