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激光等离子加速器再破纪录 是前世界纪录的2倍

2019-10-31 12:26:00 中国航空报

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在蓝宝石管内部形成的等离子体通道的电子密度分布图

中国航空报讯:近日,美国伯克利实验室的研究团队刷新了激光等离子加速器产生能量的世界纪录:在20厘米长的等离子体内产生了能量高达78亿电子伏特(7.8GeV)的电子束,是以前世界纪录的2倍,而使用常规技术需要约91米长的等离子体才能获得如此高的能量。

为了更好地理解宇宙,科学家需要建立粒子对撞机,以便将电子及其反物质正电子加速到太电子伏特(TeV,万亿电子伏特)。但使用传统技术,做到这一点需要非常庞大且昂贵的机器,比如长达32千米的对撞机。因此,为缩小此类机器的尺寸并降低成本,必须提高粒子的加速度——即它们在给定距离范围内获得的能量大小。

等离子体有望在这一领域“大显身手”——带电的粒子波(等离子波)可以通过其电场提供这种加速度。在激光等离子加速器中,等离子波由强烈的激光脉冲产生,其电场强度可能是传统加速器电场强度的数千倍。

研究人员通过使用新型等离子体波导抵消激光脉冲的自然扩散,实现了这一壮举。在此等离子体波导中,充满气体的蓝宝石管被触发放电从而形成一个等离子体,而一台“加热器”激光脉冲在中间“揪出”一些等离子体,使其密度降低,从而使激光聚焦。等离子体通道的强度足以保持聚焦激光脉冲被限制在20厘米长的加速器内。

责任编辑:助理编辑 把炜