一個(gè)微小的粒子加速器剛剛實(shí)現(xiàn)了重要的能源里程碑

粒子加速器在科學(xué)研究中非常有用，但是——就像大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)（大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)） – 通常占用大量空間。德克薩斯大學(xué)奧斯汀分校（University of Texas in Austin）開發(fā)的一個(gè)非凡的新系統(tǒng)可以改變這一點(diǎn)。

在實(shí)驗(yàn)中，研究人員能夠使用他們的粒子加速器來產(chǎn)生電子束在僅 10 厘米（4 英寸）的腔室中具有 100 億電子伏特 （10 GeV） 的能量。

整個(gè)儀器從頭到尾的長(zhǎng)度為 20 米（66 英尺）。相比之下，其他粒子加速器可以產(chǎn)生 10 個(gè) GeV 光束的長(zhǎng)度約為 3 公里（近 2 英里），大約是其長(zhǎng)度的 150 倍。

如此顯著地減小系統(tǒng)尺寸的關(guān)鍵是將高能量、超短的結(jié)合激光脈沖用氦氣撒上鋁納米顆粒。

這些粒子增強(qiáng)了激光從納米粒子中剝離的電子的能量，這些電子被推到激光的邊緣，在那里它們像沖浪者在湖上劃船一樣駕馭激光誘導(dǎo)的等離子體波。

雖然這些波浪的強(qiáng)度通常是壓倒性的——就像摩托艇壓倒船只留下的波浪一樣——但納米顆粒提供了更多的穩(wěn)定性，并允許系統(tǒng)縮小。

“在我們的加速器中，相當(dāng)于摩托艇是納米粒子，它們?cè)谡_的點(diǎn)和正確的時(shí)間釋放電子，所以它們都坐在波浪中，”說來自德克薩斯大學(xué)奧斯汀分校的物理學(xué)家 Bjorn Hegelich。

“我們?cè)谖覀兿Ｍ鼈兯诘臅r(shí)間和地點(diǎn)獲得更多的電子進(jìn)入波中，而不是在整個(gè)相互作用中統(tǒng)計(jì)分布，這是我們的秘密武器。

這種類型的粒子加速器，使用激光產(chǎn)生等離子體波，稱為韋克菲爾德激光加速器.該團(tuán)隊(duì)表示，他們的高級(jí)版本可能有助于研究半導(dǎo)體，測(cè)試太空設(shè)備以及開發(fā)癌癥療法。

所有這一切都是可能的，因?yàn)檫@些儀器將電子（因此得名）加速到高速，產(chǎn)生電磁輻射的高能波，例如可用于成像分子尺度過程的 X 射線。

研究人員期待進(jìn)一步開發(fā)該系統(tǒng)，但關(guān)于電子、激光和等離子體之間的相互作用還有很多我們不完全了解的問題。換句話說，未來還有很多令人興奮的科學(xué)發(fā)現(xiàn)。

“目前，對(duì)于產(chǎn)生如此高的電子能量，我們還沒有一個(gè)令人滿意的模型或?qū)嶒?yàn)解釋。寫研究人員在他們發(fā)表的論文中。

“目前正在研究各種理論情景，如果相關(guān)，將成為未來出版物的主題。

該研究已發(fā)表在極端情況下的物質(zhì)和輻射.

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