激光等離子加速器破一項世界紀錄20厘米內產生了能量高達78億電子伏特的電子束(附圖1張)

2019-10-22 16:50:44 來源: 科技日報 作者: 劉霞


在藍寶石管內部形成的等離子體通道的電子密度分布圖。該等離子體通道用于產生等離子體波并在20厘米范圍內將電子加速至近80億電子伏特。 圖片來源:物理學家組織網

科技日報記者 劉霞

近日,美國伯克利實驗室的研究團隊刷新了激光等離子加速器產生能量的世界紀錄:在20厘米長的等離子體內產生了能量高達78億電子伏特(7.8GeV)的電子束,是以前世界紀錄的2倍;而使用常規技術將需要約91米長的等離子體才能獲得如此高的能量。

為了更好地理解我們的宇宙,科學家需要建立粒子對撞機,以便將電子及其反物質正電子加速到太電子伏特(TeV,萬億電子伏特)。但使用傳統技術,做到這一點需要非常龐大且昂貴的機器,比如長達32公里的對撞機。因此,為縮小此類機器的尺寸并降低成本,必須提高粒子的加速度——即它們在給定距離范圍內獲得的能量大小。

等離子體有望在這一領域“大顯身手”——帶電的粒子波(等離子波)可以通過其電場提供這種加速度。在激光等離子加速器中,等離子波由強烈的激光脈沖產生,其電場強度可能是傳統加速器電場強度的數千倍。

據物理學家組織網10月21日報道,在最新研究中,伯克利實驗室團隊正是在20厘米長的等離子體內產生了能量高達78億電子伏特的電子束。

研究人員通過使用新型等離子體波導抵消激光脈沖的自然擴散,實現了這一壯舉。在此等離子體波導中,充滿氣體的藍寶石管被觸發放電從而形成一個等離子體;而一臺“加熱器”激光脈沖在中間“揪出”一些等離子體,使其密度降低,從而使激光聚焦。等離子體通道的強度足以保持聚焦激光脈沖被限制在20厘米長的加速器內。

研究人員之一、安東尼·貢薩爾維斯博士說:“加熱束使我們能夠控制驅動激光脈沖的傳播。未來我們計劃進行更多實驗,希望能夠更精確地控制等離子體波中的電子注入,以獲得更高質量的電子束,并將多個階段耦合在一起,從而獲得更高能量。”

總編輯圈點

加速器可以將巨大的能量累積到微小粒子上,再讓粒子迎頭對撞。一般來說,加速器需要一個圓形的巨大軌道。如果學會方寸間快速發力,那就像功夫里的“寸拳”,大大增強了加速器的威力。目前世界上有一些建造下一代加速器的想法,或為直線或為環形,如果能應用更優越的加速機制,那么下一代加速器的可行性將明顯增加。

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責任編輯: 左常睿
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