在藍寶石管內(nei) 部形成的等離子體(ti) 通道的電子密度分布圖。圖片來源：物理學家組織網

近日，美國伯克利實驗室的研究團隊刷新了激光等離子加速器產(chan) 生能量的世界紀錄：在20厘米長的等離子體(ti) 內(nei) 產(chan) 生了能量高達78億(yi) 電子伏特(7.8GeV)的電子束，是以前世界紀錄的2倍，而使用常規技術需要約91米長的等離子體(ti) 才能獲得如此高的能量。

為(wei) 了更好地理解我們(men) 的宇宙，科學家需要建立粒子對撞機，以便將電子及其反物質正電子加速到太電子伏特(TeV，萬(wan) 億(yi) 電子伏特)。但使用傳(chuan) 統技術，做到這一點需要非常龐大且昂貴的機器，比如長達32公裏的對撞機。因此，為(wei) 縮小此類機器的尺寸並降低成本，必須提高粒子的加速度——即它們(men) 在給定距離範圍內(nei) 獲得的能量大小。

等離子體(ti) 有望在這一領域“大顯身手”——帶電的粒子波(等離子波)可以通過其電場提供這種加速度。在激光等離子加速器中，等離子波由強烈的激光脈衝(chong) 產(chan) 生，其電場強度可能是傳(chuan) 統加速器電場強度的數千倍。

據物理學家組織網10月21日報道，在最新研究中，伯克利實驗室團隊正是在20厘米長的等離子體(ti) 內(nei) 產(chan) 生了能量高達78億(yi) 電子伏特的電子束。

研究人員通過使用新型等離子體(ti) 波導抵消激光脈衝(chong) 的自然擴散，實現了這一壯舉(ju) 。在此等離子體(ti) 波導中，充滿氣體(ti) 的藍寶石管被觸發放電從(cong) 而形成一個(ge) 等離子體(ti) ，而一台“加熱器”激光脈衝(chong) 在中間“揪出”一些等離子體(ti) ，使其密度降低，從(cong) 而使激光聚焦。等離子體(ti) 通道的強度足以保持聚焦激光脈衝(chong) 被限製在20厘米長的加速器內(nei) 。

研究人員之一、安東(dong) 尼·貢薩爾維斯博士說：“加熱束使我們(men) 能夠控製驅動激光脈衝(chong) 的傳(chuan) 播。未來我們(men) 計劃進行更多實驗，希望能夠更精確地控製等離子體(ti) 波中的電子注入，以獲得更高質量的電子束，並將多個(ge) 階段耦合在一起，從(cong) 而獲得更高能量。”