@ 2019.10.25 , 11:00

高能粒子加速器记录再获突破

物理学家取得了惊人的成就,打破了粒子加速的纪录。在仅20厘米的长度内,使电子束的能量从0增加到了78亿电子伏(7.8GeV)。几乎比先前4.2 GeV的记录高出一倍。

高能粒子加速器是弄清物质基础至关重要的工具,但它们也有相当大的限制,特别是在规模和成本方面。大型强子对撞机(LHC)由埋在地下深处的真空隧道组成,周长26.7公里。

沿着隧道,金属腔室被间隔开以产生射频波,波将能量转移到经过的粒子上,从而使它们加速,每个射频腔室将500万伏每米(5MV/m)的加速场传递给粒子,最终粒子在真空中获得了接近光速的速度。

去年,欧洲核子研究组织(CERN)的物理学家宣布,使用一种名为等离子流场加速的技术,他们实现了200MV/m的加速梯度。这使得加速度在10米内达到近2GeV。

用激光脉冲产生具有电磁场的等离子波,电磁场的强度可能是射频场的数千倍。然后,就像无绳冲浪者利用船尾产生的浪头来加速一样,粒子被等离子波的“浪潮”推动前进。

为了进一步改良,劳伦斯伯克利国家实验室的物理学家设计并组合进了一个等离子体波导构件。研究人员在论文中写道,它“可用于减轻聚焦激光脉冲的激光衍射,从而增加给定激光功率的加速距离和能量增益。”

最终,在2014年达到了4.2 GeV;现在,团队再次改进了方法。

在充满气体的蓝宝石管中,触发放电以产生等离子体。然后,使用“加热器”激光脉冲从等离子体中心击穿部分气体,从而降低气体密度,使激光聚焦。

然后,该等离子通道足够坚固,可以在整个长度上将激光脉冲限制在加速器内。随后的“驱动器”激光脉冲在等离子体中产生波动。然后,等离子体中的电子会顺着蓝宝石管道前进。

在先前的实验里,等离子体的密度问题使激光失去了聚焦,从而导致蓝宝石管损坏。

劳伦斯伯克利国家实验室的物理学家安东尼·贡萨尔维斯说:“加热束使我们能够控制驱动器激光脉冲的传播。未来的实验,目标是获得对等离子体波中电子注入的精确控制,以实现前所未有的束质量,并将多个阶段耦合在一起,证明它是获得更高能量的途径。”

研究人员在本周的APS等离子体物理部第61届年会上公布了研究结果,而论文已于今年早些时候发表在《 Physical Review Letters》上。

本文译自 sciencealert,由译者 majer 基于创作共用协议(BY-NC)发布。


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