新激光技术将推进小型粒子加速器的研发

发布时间: 2020-05-20 14:19:05   作者:本站编辑   来源: 本站原创   浏览次数:

      通过观察已经被加速到极高能量的电子,科学家们能够解开我们宇宙组成的秘密。但是,在实验室环境中将电子加速到如此高的能量是一项挑战:通常,电子能量越高,粒子加速器越大。例如,为了发现希格斯玻色子(Higgs boson,最近观测到的“上帝粒子”),瑞士CERN实验室的科学家使用了近17英里长的粒子加速器。

      是否有方法可以缩小粒子加速器的尺寸,在短距离内产生高能电子。发表在《Physical Review Letters》上发表的一篇论文中,来自罗切斯特大学激光能量学实验室(University of Rochester's Laboratory for Laser Energetics)的科学家提出了一种形成强激光的方法,该方法能够使电子在很短的距离内加速到创记录的能量水平。研究人员估计,与类似能量水平的装置相比,该方法实现加速器要小10,000倍,可以将罗德岛(Rhode Island)大小的加速器缩减少到餐桌的大小。有了这种技术,科学家们可以实验中研究希格斯玻色子,探索新的粒子。

图1 LLE研究人员提出新概念

      目前这项研究还处于理论研究阶段,LLE正在建造世界上功率最高的激光器EP-OPAL,EP-OPAL能够提供研究人员所需的极高功率的整形脉冲和技术,将会推动相关研究成为现实。研究人员提出的电子加速器概念需要对激光脉冲的形状进行整形,使其的传播速度快于光速。为此,研究人员开发了一种新型的光学元件设计,类似于圆形剧场,具有波长大小的“台阶”,用于在从高功率激光器发出的同心圆环型光之间产生时间延迟。

      传统的透镜将来自激光器的每个光环聚焦,从而形成一个高强度的光斑。但是,研究人员没有使用传统的透镜,而是使用形状奇特的透镜,这使他们可以将每个光环聚焦到距透镜不同的距离,从而形成一条高强度的线,而不是单个点。当经过整形的光脉冲进入等离子体,由于激光尾场加速的存在,电子会得到加速,而且与传统激光尾场相比,电子将得到持续加速。

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