拍伏每米等离激元：Snowmass21 白皮书

等离激元模式提供了实现拍伏每米（PV/m）场的潜力，这将不仅改变对撞机发展的现有范式，也将改变基础物理中非对撞机搜寻的范式。拍伏每米等离激元依赖于材料导带中固有自由电子费米气的集体振荡，这些材料具有合适的组成原子和离子晶格结构组合。由于在平衡状态下导带自由电子密度可高达 $\rm 10^{24}cm^{-3}$，量级为 $\rm 0.1 \sqrt{\rm n_0(10^{24}cm^{-3})} ~ PVm^{-1}$ 的电磁场可由等离激元模式维持。工程材料不仅允许高度可调的材料特性，而且至关重要的是，它使得克服在体介质相互作用中占主导地位的破坏性不稳定性成为可能。由于自由电子费米气的快速屏蔽，介电效应被强烈抑制。因为离子晶格、相应的电子能带和自由电子气受量子力学效应支配，与等离子体的比较仅仅是概念上的。基于这一框架，解决拍伏每米等离激元面临的各种挑战至关重要，包括在考虑飞秒时间尺度上等离激元模式对离子晶格和电子能带结构影响的同时，实现等离激元模式的稳定激发。我们总结了正在进行的理论和实验努力，并规划了未来的策略。极端等离激元场不仅使数十 TeV 到多 PeV 的质心能量触手可及，还通过在非对撞机高能物理（HEP）中开辟新途径来塑造未来。鉴于这一前景，我们邀请科学界帮助实现 PV/m 等离激元的巨大潜力，并呼吁大幅扩展美国及国际的研发计划。