在藍(lán)寶石管內(nèi)部形成的等離子體通道的電子密度分布圖
近日，美國(guó)伯克利實(shí)驗(yàn)室的研究團(tuán)隊(duì)刷新了激光等離子加速器產(chǎn)生能量的世界紀(jì)錄：在20厘米長(zhǎng)的等離子體內(nèi)產(chǎn)生了能量高達(dá)78億電子伏特（7.8GeV）的電子束，是以前世界紀(jì)錄的2倍，而使用常規(guī)技術(shù)需要約91米長(zhǎng)的等離子體才能獲得如此高的能量。
為了更好地理解宇宙，科學(xué)家需要建立粒子對(duì)撞機(jī)，以便將電子及其反物質(zhì)正電子加速到太電子伏特（TeV，萬(wàn)億電子伏特）。但使用傳統(tǒng)技術(shù)，做到這一點(diǎn)需要非常龐大且昂貴的機(jī)器，比如長(zhǎng)達(dá)32千米的對(duì)撞機(jī)。因此，為縮小此類(lèi)機(jī)器的尺寸并降低成本，必須提高粒子的加速度——即它們?cè)诮o定距離范圍內(nèi)獲得的能量大小。
等離子體有望在這一領(lǐng)域“大顯身手”——帶電的粒子波（等離子波）可以通過(guò)其電場(chǎng)提供這種加速度。在激光等離子加速器中，等離子波由強(qiáng)烈的激光脈沖產(chǎn)生，其電場(chǎng)強(qiáng)度可能是傳統(tǒng)加速器電場(chǎng)強(qiáng)度的數(shù)千倍。
研究人員通過(guò)使用新型等離子體波導(dǎo)抵消激光脈沖的自然擴(kuò)散，實(shí)現(xiàn)了這一壯舉。在此等離子體波導(dǎo)中，充滿(mǎn)氣體的藍(lán)寶石管被觸發(fā)放電從而形成一個(gè)等離子體，而一臺(tái)“加熱器”激光脈沖在中間“揪出”一些等離子體，使其密度降低，從而使激光聚焦。等離子體通道的強(qiáng)度足以保持聚焦激光脈沖被限制在20厘米長(zhǎng)的加速器內(nèi)。
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