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)將需要約91米長(zhǎng)的等離子體才能獲得如此高的能量。

為了更好地理解我們的宇宙，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公里的對(duì)撞機(jī)。因此，為縮小此類機(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。

據(jù)物理學(xué)家組織網(wǎng)10月21日?qǐng)?bào)道，在最新研究中，伯克利實(shí)驗(yàn)室團(tuán)隊(duì)正是在20厘米長(zhǎng)的等離子體內(nèi)產(chǎn)生了能量高達(dá)78億電子伏特的電子束。

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

（該等離子體通道用于產(chǎn)生等離子體波并在20厘米范圍內(nèi)將電子加速至近80億eV）

圖片來(lái)源：物理學(xué)家組織網(wǎng)

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)。

研究人員之一、安東尼·貢薩爾維斯博士說(shuō)：“加熱束使我們能夠控制驅(qū)動(dòng)激光脈沖的傳播。未來(lái)我們計(jì)劃進(jìn)行更多實(shí)驗(yàn)，希望能夠更精確地控制等離子體波中的電子注入，以獲得更高質(zhì)量的電子束，并將多個(gè)階段耦合在一起，從而獲得更高能量。”

總編輯圈點(diǎn)

加速器可以將巨大的能量累積到微小粒子上，再讓粒子迎頭對(duì)撞。一般來(lái)說(shuō)，加速器需要一個(gè)圓形的巨大軌道。如果學(xué)會(huì)方寸間快速發(fā)力，那就像功夫里的“寸拳”，大大增強(qiáng)了加速器的威力。目前世界上有一些建造下一代加速器的想法，或?yàn)橹本€或?yàn)榄h(huán)形，如果能應(yīng)用更優(yōu)越的加速機(jī)制，那么下一代加速器的可行性將明顯增加。