科學家已經成功開發了一種袖珍型粒子加速器，能夠以超過光速99.99%的速度投射超短電子束的激光。為(wei) 了達到這個(ge) 結果，研究人員不得不使用特殊設計的金屬結構，並排以比人的頭發還要薄的石英層，以減慢光線的速度以適應電子的速度。

這種巨大的飛躍同時提供了在少於(yu) 10飛秒（0.000 000 000 000 01秒，或者花費很短的時間行進1/100毫米）的時間範圍內(nei) 測量和操縱粒子束的能力。這將使他們(men) 能夠創建原子運動的頻閃照片。

這次成功的演示為(wei) 開發高能，高電荷，高質量太赫茲(zi) （THz）驅動的加速器鋪平了道路，該加速器有望更便宜，更緊湊。減小加速器技術的尺寸和成本，將使這些令人難以置信的機器向更廣泛的應用領域開放。

粒子加速器廣泛應用於(yu) 粒子物理學的基礎研究，材料表征，醫院的放射療法中，用於(yu) 治療癌症患者，用於(yu) 醫學成像的放射性同位素生產(chan) 以及貨物安全檢查。但是，支持這些機器的基本技術（射頻振蕩器）是在第二次世界大戰期間為(wei) 雷達開發的。

在今天發表在《自然光子學》上的一項新研究中，一個(ge) 由學者組成的合作團隊表明，他們(men) 獨特的解決(jue) 方案是使用激光產(chan) 生太赫茲(zi) 頻率的光脈衝(chong) 。太赫茲(zi) 是介於(yu) 紅外（用於(yu) 電視遙控器）和微波（用於(yu) 微波爐）之間的電磁頻譜區域。激光產(chan) 生的太赫茲(zi) 輻射存在於(yu) 理想的毫米級波長範圍內(nei) ，使結構的製造更為(wei) 簡單，但最重要的是提供了半周期長度，該周期長度非常適合於(yu) 加速帶有高電荷水平的整個(ge) 電子束。

曼徹斯特大學的論文的主要作者Morgan Hibberd博士說：“主要挑戰是使加速的太赫茲(zi) 場的速度與(yu) 幾乎光速的電子束速度相匹配，同時還要防止固有的較低的電子束速度。太赫茲(zi) 脈衝(chong) 包絡線從(cong) 我們(men) 的加速結構中傳(chuan) 播，大大降低了驅動場和電子相互作用的長度。”

“我們(men) 通過開發獨特的太赫茲(zi) 源克服了這個(ge) 問題，該源產(chan) 生的長脈衝(chong) 僅(jin) 包含一個(ge) 窄範圍的頻率，從(cong) 而顯著增強了相互作用。我們(men) 的下一個(ge) 裏程碑是在保持光束質量的同時展示更高的能量增益。我們(men) 希望這將通過以下方式實現已進行改進以提高我們(men) 的太赫茲(zi) 源能量，”。

蘭(lan) 卡斯特大學的史蒂芬·賈米森教授（Steven Jamison）是該計劃的聯合負責人，他解釋說：“用太赫茲(zi) 頻率的類激光脈衝(chong) 對相對論光束進行受控加速，是開發新的粒子加速器方法的裏程碑。在使用電磁頻率高一百倍的情況下與(yu) 傳(chuan) 統的粒子加速器相比，飛秒時間尺度上的粒子束控製有了革命性的進步。”

“通過對以光速99.99%傳(chuan) 播的粒子進行太赫茲(zi) 加速度的演示，我們(men) 已經確認了將太赫茲(zi) 加速度縮放為(wei) 高度相對論能量的途徑。”

盡管研究人員注視著他們(men) 的概念在用多米長的設備代替多公裏規模的研究加速器（例如歐洲3公裏長的漢堡X射線源）方麵的長期作用，但他們(men) 希望立即產(chan) 生影響屬於(yu) 放射治療和材料表征領域。

曼徹斯特大學物理高級講師Darren Graham博士說：“沒有Cockcroft研究所提供的獨特的協作環境，實現這一裏程碑是不可能的。Cockcroft研究院幫助匯集了來自蘭(lan) 開斯特大學的科學家和工程師，曼徹斯特大學和STFC的Daresbury實驗室工作人員。”