新的激光技術將有助於製造功能更強大且隻有桌麵大小的粒子加速器_固體激光器-固體激光器專欄為您展示固體激光器的最新動態

該圖描繪了LLE研究人員概述的方法，該方法利用強激光整形以使電子在非常短的距離內(nei) 加速到更高能量。一個(ge) 超短脈衝(chong) （黃色）向右傳(chuan) 播並從(cong) 一個(ge) 放射狀梯形（最右邊的元素）反射，控製每個(ge) 環在從(cong) 無軸突（axiparabolla）（最左邊的元素）反射之後聚焦的時間。圖片：H. Palmer and K. Palmisano

通過觀察已被加速到極高能量的電子，科學家們(men) 能夠解開有關(guan) 組成我們(men) 宇宙的粒子的線索。

但是，在實驗室環境中將電子加速到如此高的能量是一項挑戰：通常，電子能量越高，粒子加速器越大。例如，為(wei) 了發現希格斯玻色子（最近觀察到的負責宇宙質量的“上帝粒子”），瑞士歐洲核子研究組織實驗室的科學家使用了27公裏長的粒子加速器。

但是，如果有一種方法可以縮小粒子加速器的尺寸，在短距離內(nei) 產(chan) 生高能電子呢？

在《物理評論快報》上發表的一篇論文中，羅切斯特大學激光能量學實驗室（LLE）的科學家概述了一種形成強激光的方法，該方法可以使電子在很短的距離內(nei) 加速到創紀錄能量：研究人員估計，加速器僅(jin) 為(wei) 類似能量裝置裝置的萬(wan) 分之一，從(cong) 而將加速器從(cong) 羅德島（Rhode Island）的長度減少到餐桌的長度。有了這樣的技術，科學家們(men) 可以進行桌麵實驗來探測希格斯玻色子，或者探索額外的維度和新的粒子，最終也許能實現愛因斯坦夢想的大統一理論。

LLE的科學家，論文的主要作者約翰·帕拉斯特羅（John Palastro）說：“研究基本粒子物理學需要更高能的電子。電子加速器為(wei) 宇宙基本組成部分所居住的亞(ya) 原子世界提供了窺鏡。”

盡管目前這項研究隻是理論上的研究，但LLE正在努力通過計劃在LLE上建造世界上功率最高的激光器來使其成為(wei) 現實。這款名為(wei) EP-OPAL的激光器將使研究人員能夠創建出本文所述的極其強大的雕刻光脈衝(chong) 和技術。

研究人員概述的電子加速器依靠一種革命性的技術來雕刻激光脈衝(chong) 的形狀，以使它們(men) 的峰值傳(chuan) 播的速度快於(yu) 光速。

LLE的資深科學家，論文的作者之一達斯汀·弗洛拉（Dustin Froula）說：“這項技術可以使電子加速到超過現有技術所能達到的水平。”

為(wei) 了雕刻激光脈衝(chong) ，研究人員開發了一種新穎的光學裝置，類似於(yu) 圓形劇場，具有波長大小的“台階”，用於(yu) 在從(cong) 高功率激光器發出的同心圓光之間產(chan) 生時間延遲。

典型的透鏡將來自激光的每個(ge) 光圈聚焦到距透鏡的單個(ge) 距離，從(cong) 而形成一個(ge) 高強度光的單點。但是，研究人員沒有使用典型的透鏡，而是使用了形狀奇特的透鏡，這使他們(men) 可以將每個(ge) 光環聚焦到距透鏡不同的距離，從(cong) 而形成一條高強度的線，而不是一個(ge) 光點。

當經過雕刻的光脈衝(chong) 進入等離子體(ti) （自由移動的電子和離子的熱湯）時，它會(hui) 產(chan) 生喚醒，類似於(yu) 摩托艇啟動時的狀況。這種喚醒以光速傳(chuan) 播。就像滑水者在船尾滑行一樣，電子隨後在經過雕刻的激光脈衝(chong) 時加速。

這些“激光尾波加速器”（LWFA）於(yu) 40年前首次被理論化，並通過線性調頻脈衝(chong) 放大（CPA）激光器的發明得到了發展。線性調頻脈衝(chong) 放大是LLE的2018年諾貝爾獎獲得者唐娜·史翠克蘭(lan) （Donna Strickland）和傑拉德·穆魯（Gerard Mourou）共同開發的技術。

但是，以前版本的激光尾波加速器使用的是傳(chuan) 統的，非結構化的光脈衝(chong) ，其傳(chuan) 播速度比光速慢，這意味著電子將超越尾流，從(cong) 而限製了其加速度。新的雕刻光脈衝(chong) 使能快於(yu) 光的速度，從(cong) 而電子可以無限期地喚醒和被連續加速。