物理學(xué)家取得了驚人的成就，打破了粒子加速的紀(jì)錄。在僅20厘米的長度內(nèi)，使電子束的能量從0增加到了78億電子伏(7.8GeV)。幾乎比先前4.2 GeV的記錄高出一倍。

高能粒子加速器是弄清物質(zhì)基礎(chǔ)至關(guān)重要的工具，但它們也有相當(dāng)大的限制，特別是在規(guī)模和成本方面。大型強(qiáng)子對撞機(jī)(LHC)由埋在地下深處的真空隧道組成，周長26.7公里。

沿著隧道，金屬腔室被間隔開以產(chǎn)生射頻波，波將能量轉(zhuǎn)移到經(jīng)過的粒子上，從而使它們加速，每個射頻腔室將500萬伏每米(5MV/m)的加速場傳遞給粒子，最終粒子在真空中獲得了接近光速的速度。

去年，歐洲核子研究組織(CERN)的物理學(xué)家宣布，使用一種名為等離子流場加速的技術(shù)，他們實現(xiàn)了200MV/m的加速梯度。這使得加速度在10米內(nèi)達(dá)到近2GeV。

用激光脈沖產(chǎn)生具有電磁場的等離子波，電磁場的強(qiáng)度可能是射頻場的數(shù)千倍。然后，就像無繩沖浪者利用船尾產(chǎn)生的浪頭來加速一樣，粒子被等離子波的“浪潮”推動前進(jìn)。

為了進(jìn)一步改良，勞倫斯伯克利國家實驗室的物理學(xué)家設(shè)計并組合進(jìn)了一個等離子體波導(dǎo)構(gòu)件。研究人員在論文中寫道，它“可用于減輕聚焦激光脈沖的激光衍射，從而增加給定激光功率的加速距離和能量增益?！?/p>

最終，在2014年達(dá)到了4.2 GeV；現(xiàn)在，團(tuán)隊再次改進(jìn)了方法。

在充滿氣體的藍(lán)寶石管中，觸發(fā)放電以產(chǎn)生等離子體。然后，使用“加熱器”激光脈沖從等離子體中心擊穿部分氣體，從而降低氣體密度，使激光聚焦。

然后，該等離子通道足夠堅固，可以在整個長度上將激光脈沖限制在加速器內(nèi)。隨后的“驅(qū)動器”激光脈沖在等離子體中產(chǎn)生波動。然后，等離子體中的電子會順著藍(lán)寶石管道前進(jìn)。

在先前的實驗里，等離子體的密度問題使激光失去了聚焦，從而導(dǎo)致藍(lán)寶石管損壞。

勞倫斯伯克利國家實驗室的物理學(xué)家安東尼·貢薩爾維斯說：“加熱束使我們能夠控制驅(qū)動器激光脈沖的傳播。未來的實驗，目標(biāo)是獲得對等離子體波中電子注入的精確控制，以實現(xiàn)前所未有的束質(zhì)量，并將多個階段耦合在一起，證明它是獲得更高能量的途徑?！?/p>

研究人員在本周的APS等離子體物理部第61屆年會上公布了研究結(jié)果，而論文已于今年早些時候發(fā)表在《 Physical Review Letters》上。

本文譯自 sciencealert，由譯者 majer 基于創(chuàng)作共用協(xié)議(BY-NC)發(fā)布。