新型激光粒子加速器有望不久问世

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美国科学家Tomas Plettner在近日出版的《物理评论快报》上报告，他和斯坦福大学、斯坦福线形加速器中心（SLAC）的同事一起，用一种波长800纳米的商用激光调节真空中运行的电子的能量，获得了和每米递减4千万伏的电场一样的调制效果。这一技术有望发展成新型激光粒子加速器，用来将粒子加速到Tev（万亿电子伏）的量级。    

    传统的加速器必须做成几百米甚至更长的庞然大物，以将粒子能量提升到粒子物理学家所需的程度。最近几年来，科学家发展出一种主要基于激光等离子体的技术，可获得比传统加速器更高的加速梯度，从而为缩短加速度的长度带来可能。然而，之前的一些技术往往导致同步加速器的辐射损失或降低粒子束的质量，限制了其对粒子物理学家的吸引力。     

    斯坦福大学研究小组开发的新方法，在用激光束加速的同时，施加一个和激光同向的纵向电场，形成叠加的加速效果。电子获得的能量自然等于纵向电场和激光束单独作用施加能量之和。该装置在真空中加速电子，而不是在复杂得多的等离子体环境中。    

    在自然空间，激光的相位速度――单一波长光的传播速度――比电子的速度低，因此不会影响加速效果。然而，Plettner和同事现在用一种镀金的带状聚合物，在电子束和光束互相作用的点上设置一条“边界线”；该线减轻了电子束和光束之间的相互影响，使两者之间产生电子加速所需的能量交换，从而克服了这个问题。    

    “这项工作最初、最主要的动机是想探索开发粒子加速器的可能性，从而把现有直线加速器的长度缩减一个数量级。”Plettner说，“这将导致碰撞能达1Tev甚至更高的‘紧凑’型高亮度轻子碰撞的出现。”据悉，新方法还可能导致小型X射线源技术的发展。   

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