首个拍瓦电子束问世

本报讯 将一束激光紧缩至万万亿分之一秒，在一霎时能发生超强脉冲，其功率相称于100万座核电站的能量。这种拍瓦级激光器使迷信家可能以新的方法操控资料、模仿行星外部乃至决裂原子。现在，减速器物理学家实现了这一豪举，取得了存在惊人利用潜力的拍瓦级电子脉冲。“咱们将大批电荷紧缩至极短的束连续时光中，从而取得了有史以来最年夜电流、最年夜峰值功率的电子束。”该研讨担任人、美国SLAC国度减速器试验室的减速器物理学家Claudio Emma说，这种电子脉冲连续时光仅万万亿分之一秒，却能携带10万安培电流。2月27日，相干研讨结果宣布于《物理批评快报》。“这是一项超酷的试验。”美国布鲁克海文国度试验室的减速器物理学家Sergei Nagaitsev说。“假如可能实现，比它更强盛的光束或将实现一些创举BET356官网在线登录，比方在真空中扯破粒子。”英国牛津年夜学的等离子体减速器物理学家Richard DArcy弥补说。固然高能电子与低能电子多少乎以雷同的速率活动（均濒临光速的99.99%），但正如赛车经由过程弯道时会转向一样，电子在磁场中也会产生偏转。与一辆高速赛车在拐弯时必需走一条更直的道路一样，一个能量更高的电子在磁场中的活动轨迹也必定会更直。Emma跟共事奇妙联合了这两种效应。他们起首在SLAC已有62年汗青的直线减速器中发生了1毫米长的电子束。电子在经由过程一个真空腔室内的无线电波时取得减速的能量：因为后面的电子比前面的电子所处的波峰要略微陡一些，以是其取得的能量要低于前面的电子，即构成了所谓“啁啾”能量散布。这种啁啾构造为紧缩电子束供给了可能。为做到这一点，研讨职员应用一种名为“加速弯”的尺度东西，经由过程一系列磁铁将电子束发射出去。4组磁铁使电子束向左、右、右、左疾速偏转，而后回到本来的轨迹。低能电子因偏转幅度更年夜、门路更长，使得前方高能电子可能奋起直追，从而实现早年到后紧缩电子束。但一个尺度的“加速弯”不克不及发生超短脉冲。Emma说明说，假如物理学家仅依附减速器天然发生的绝对平和的啁啾，那么扭转将会十分激烈，甚至于电子会辐射能量，而光束会变得含混。为此，SLAC的研讨职员转变了计划。当一局部电子束从第一个减速器出来后，它经由过程了一个叫作稳定器的特别磁铁。在磁铁外部，研讨职员用低能量激光脉冲使束堆叠。这种稳定迫使电子向正面摆动，从而使它们可能与光交流能量。经由过程调制激光脉冲的状态，研讨职员得以在电子束旁欧洲杯外围盘口边增添一个额定的、更有效的啁啾构造。随后，电子束经由3段交织设置的减速器段，瓜代减速并再次紧缩。当激光脉冲被经心调制以婚配随后的操纵时，额定的啁啾终极在束流中部发生了一个仅0.3微米的超强电子脉冲。意年夜利国度核物理研讨所的减速器物理学家Massimo Ferrario指出，这种重复的减速-紧缩轮回是保持短脉冲的要害，“不然同性电荷的斥力会破行将其扯破”。Nagaitsev表现，采取更短、更强的电子束可明显晋升亮度，将为探测化学进程开拓途径。别的，超强电子脉冲还能模仿天体物理中的等离子表现象，比方某些星体暴发发生的濒临光速的喷流。兴许有一天，经由过程超强电子束能够探测到真空的实质。DArcy指出，它们会发生超强电场，假如此中一个电子束与超强激光脉冲碰撞，就会使空间裸露在极强的电极化中。假如这个电场充足强盛，可能会在真空中扯破粒子-反粒子对，这是量子物理学猜测的但从未察看到的一种景象。只管实现这一目的尚需时日，但若将电子脉冲收缩至现在的1/10，研讨职员或将濒临该目的。Emma跟共事打算用等离子体单位替换激光器，构建更庞杂的啁啾调制计划。“咱们已实现了10万安培束流，下一步将打击百万安培。”（李木子）相干论文信息：https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.134.085001