粒子加速器越大，粒子碰撞的能量就越大；碰撞的能量越大，产生的粒子种类就越多。在欧洲粒子物理研究所（CERN）的大型强子对撞机问世之前，世界上最强大的加速器是4英里长的环形对撞机Tevatron。科学家们用它来发现最后一个也是最大的夸克，即顶夸克。为了发现希格斯玻色子，大型强子对撞机必须要更大。科学家们正在讨论更大的加速器的设想，例如未来提出的圆形对撞机，它的巨大圆周将超过62英里。
更大的对撞机对于粒子物理学的进步是必不可少的。但如果有办法缩小它们的尺寸呢？是否能在几米之内将粒子加速到更高的能量呢？这就是等离子体尾流场加速这一新兴技术的诱人之处。
“等离子体”通常被称为“物质的第四种状态”，是由气体中的原子通过激光剥离它们的电子而产生的。当某物快速地通过液体或气体物质时，就会产生“尾迹”。在上述情况下，物质是等离子体。“加速”是指当一束粒子被放置在等离子体尾迹后面时，会像冲浪运动员一样加速。
有多种方法可以实现等离子体尾流场加速（PWFA）。一般可以分为激光尾流场加速和粒子束尾流场加速。两者都以等离子体作为介质，但“驱动”尾流的方式一种使用激光，另一种使用粒子束。目前粒子束尾流场加速技术依赖电子、质子或正电子。
科学家Toshiki Tajima和John Dawson于1979年在加利福尼亚大学提出了PWFA技术。在过去几年里，研究证实了该技术加速粒子的能力，增加了其实际应用的前景。但是，但其要想取代传统加速技术还需要数年甚至几十年的时间。
传统的加速器依靠一种叫做射频腔的空心金属腔。射频腔内部的电场加速了通过它的粒子。这项技术非常可靠，应用于全球近30000台加速器中。几十年来，对射频腔和使用越来越多射频腔的大型机器设计的改进使加速器的能量每六年增加一倍。然而，最近这一趋势趋于平稳。这是因为射频腔只能承受一定强度的电场，而金属会离子化，释放电子污染空腔内环境的真空，破坏空腔内的射频场。当前射频腔加速梯度约为每米1000万电子伏，为研究希格斯尺度（125GeV）的物理现象，负电子和正电子将各自穿过大约8英里的空腔，才能达到更高的能量，以寻找标准模型以外的物理现象隐藏的地方。
PWFA技术可以达到每米500GEV，巨大的加速梯度有潜力改变这一情形，但问题在于如何利用它。
之所以可以实现加速，是因为电子或其他粒子被电场牵引。等离子体是 “准中性的”。但其中自由漂浮的电子很容易被推开，而电子密度小于1%的差异时可以产生一个相当大的电场。随着等离子体密度的增加，电场会更强；电场越强，加速度越大。
激光尾流场加速
所有的PWFA实验都需要激光离子化气体产生等离子体。此外激光尾流场加速器也使用激光作为驱动束。激光的辐射压力把电子推开。较重的离子基本上保持静止，而无电子区的气泡则向前传播穿过等离子体。电子密度的差异产生电场，可以加速位于在气泡后面的粒子。
粒子束尾流场加速
粒子束尾流场加速技术使用粒子束作为驱动束。尽管它们被称为“束”，但粒子束并不像激光那样连续，也不像激光那样长，而是直线发射的短脉冲粒子。
电子束等离子体尾流场加速
使用电子束作为驱动束与使用激光类似。一束电子被发射到等离子体中，把其他电子剥离。同样，离子保持在原来的位置，形成带正电的气泡。由于电子密度的差异产生强电场，气泡后面的粒子被加速。
正电子等离子体尾流场加速
理想情况下，物理学家希望能够利用等离子体尾流场使负电子和正电子都加速。因为两者都是基本物质单位，而且是物质-反物质对，在接触时会彻底湮灭。
但当一束正电子通过等离子体发射时，它们会吸入电子而不是将电子排出。吸进电子也会产生一个类似的气泡，大部分是无电子空间，但它不会长时间保持无电子状态，因为负电子会从中心离开，去追赶正电子。当负电子在气泡中心时，电场会散焦，这样正电子就不会均匀地向前加速。目前，物理学家已经提出了可能的解决方案，依靠激光形成等离子体，从而减轻散焦效应。可以在大约一米的范围内将正电子加速到5000兆电子伏。
质子等离子体尾流场加速
和正电子一样，质子也有一个正电荷，它们不会产生完全没有电子的气泡。那么为什么要使用它们呢？它们的能量是关键。
质子等离子体尾流场加速可以从任意驱动束中获取能量，将能量传输给等离子体，而等离子体把它传输给了加速的电荷。一束电子或激光可能会以60焦耳的能量撞击等离子体，但更大质量的质子可以有20000焦耳的能量。虽然每焦耳约为6万亿兆电子伏，但大部分能量损失。如果科学家们能够提取出储存在一束质子中的巨大能量，就可以让尾迹中的粒子一路加速。去年研究团队成功地利用质子驱动束将电子加速到2000兆电子伏。
