用等離子體波加速粒子技術(shù)獲新突破

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　　美國(guó)能源部SLAC國(guó)家加速器實(shí)驗(yàn)室和加州大學(xué)洛杉磯分校的科學(xué)家研制出一項(xiàng)富有前景的技術(shù)：用等離子體波加速電子能有效為新一代加速器供以電力。這一成就對(duì)展示等離子體尾場(chǎng)加速器的實(shí)用化具有里程碑意義，可極大擴(kuò)展到醫(yī)藥、工業(yè)和高能物理研究等領(lǐng)域。相關(guān)研究成果發(fā)表在最新一期的《自然》雜志上。

　　據(jù)物理學(xué)家組織網(wǎng)11月5日?qǐng)?bào)道，利用SLAC國(guó)家實(shí)驗(yàn)室先進(jìn)的加速器實(shí)驗(yàn)測(cè)試（FACET），美國(guó)能源部科學(xué)局研究人員將電子束能量提高了400到500倍，高于其在傳統(tǒng)加速器里的數(shù)據(jù)。而之前，這個(gè)能源和效率的關(guān)鍵組合從未達(dá)到過。

　　論文的第一作者、SLAC加速器物理學(xué)家邁克說：“一個(gè)加速器的許多實(shí)用方面取決于被加速的粒子有多快。該研究表明，可以使用這種技術(shù)在不到20英尺長(zhǎng)的加速器加速電子束，能夠獲得與2英里SLAC直線加速器一樣的能量。”

　　35年來(lái)，等離子體尾場(chǎng)一直是加速器物理學(xué)家的興趣點(diǎn)，作為一個(gè)更有前途的方法驅(qū)動(dòng)未來(lái)小而便宜的加速器誕生。加州大學(xué)洛杉磯分校和斯坦福直線加速器中心的研究人員在對(duì)等離子體尾場(chǎng)加速一直保持超過十年的前沿研究。在2007年的論文中，研究人員宣布可以加速在420億—850億電子伏的一個(gè)長(zhǎng)電子束末端的電子群，令科學(xué)界極大興奮。

　　在本次實(shí)驗(yàn)中，研究人員在炙熱的鋰氣爐內(nèi)發(fā)射含有50億至60億電子的成對(duì)電子束到由激光產(chǎn)生的等離子體柱。每對(duì)中的第一束是驅(qū)動(dòng)束，摧毀了所有來(lái)自鋰原子的自由電子，留下鋰核后的正電荷，被稱為“井噴狀態(tài)”的配置。然后，被擊中的電子倒在第二束電子之后，被稱為后束，形成的“等離子體尾”推動(dòng)后束到更高能量。

　　以前的實(shí)驗(yàn)已證明多束加速，但SLAC團(tuán)隊(duì)達(dá)到井噴狀態(tài)的高能量還是第一個(gè)，從中可以發(fā)現(xiàn)最大的能量收益、最高的效率。同樣重要的是，加速后的電子以相對(duì)較小的能量擴(kuò)散而告終。

　　該試驗(yàn)的主要研究者之一、SLAC加速器物理學(xué)家馬克·霍根說：“這些結(jié)果已經(jīng)超出一個(gè)成功試驗(yàn)的本身，其額外的意義是，用一個(gè)二束配置達(dá)到井噴狀態(tài)能夠提高加速效率最大為50%，足以表明等離子體尾場(chǎng)加速器技術(shù)對(duì)實(shí)現(xiàn)未來(lái)加速器是可行的。”