美国国家加速器实验室 FACET-II是世界上唯一能够提供高能电子束和正电子束的设施，用于研究大量革命性的加速器技术，这些技术可以将未来的加速器缩小100到1000倍，并提高其能力。
学分:格雷格·斯图尔特/SLAC国家加速器实验室 美国能源部SLAC国家加速器实验室启动了一项新设施，该设施可能为下一代粒子对撞机和强大的光源铺平道路
作为美国能源部的用户设施，FACET-II是世界上唯一能够提供高能电子束和正电子束的设施，用于研究大量革命性的加速器技术，这些技术可以将未来的加速器缩小100到1000倍，并提高其能力
“粒子加速器是终极显微镜，”FACET-II项目科学家马克·赫根说
“我们可以用它们来制造高能束，我们可以通过碰撞来了解最微小的粒子和维系宇宙的力量，或者我们可以来回摆动这些束来产生强大的x光爆发，让我们能够拍摄超小、超快的原子过程，从而理解生物学和化学
FACET-II将帮助我们开发新技术，使我们能够制造更小、更便宜、更强大的机器
" 冲浪开始了 该项目是对高级加速器实验测试设施(FACET)的升级，FACET是美国能源部科学办公室的一个用户设施，从2011年运行到2016年，当时该设施退役，为升级实验室的x光自由电子激光器直线加速器相干光源(LCLS)让路
FACET-II建立在FACET的成功基础上，在FACET中，科学家们证明了一种叫做等离子体尾波场加速的技术可以提高电子及其反物质粒子正电子的能量。
在这种方法中，研究人员通过热电离气体或等离子体发送一束高能粒子，为尾随的一束粒子“冲浪”创造等离子体尾流，在短距离内上升到极高的能量
在传统的加速器中，粒子从金属结构内部的射频场中获取能量
由于这些结构在崩溃之前只能支持有限的单位距离能量增益，加速器需要非常长的时间才能达到更高的能量，并且建造成本很高
等离子尾波场方法有可能大幅缩小粒子加速器的尺寸和成本
例如，未来的等离子加速器可以在几米内展现出与SLAC 2英里长的铜线性加速器相同的加速能力
FACET-II使用实验室2英里长的线性加速器的中间三分之一(SLAC地面计划在顶部)
它从电子源(左下角)向实验区(右下角)发射一束电子(蓝线)，到达实验区时能量为100亿电子伏
这种设计允许增加以后产生和加速正电子(底部，红线)的能力
学分:格雷格·斯图尔特/SLAC国家加速器实验室 下一代 在两年的时间里，SLAC的工作人员安装了一个最先进的高亮度电子源和新的电子束压缩器系统来产生强束
他们还升级了设备的控制系统，并安装了分析光束特性的工具
FACET-II将像它的前身一样产生高能电子束，但质量更好
新设备使用SLAC直线加速器的三分之一——从一端的源向另一端的实验区发送电子——来产生能量为100亿电子伏特的电子束
它的设计还允许研究人员增加产生和加速正电子的能力，这将允许研究人员获得对等离子体尾波场加速的更多见解，并为基于等离子体的电子-正电子粒子对撞机的发展提供信息，这将增强我们对自然界基本粒子和力的理解
“如果我们要用等离子体尾波场加速来制造高能物理的正负电子对撞机，我们首先需要了解如何加速等离子体中的正电子，”霍根说
“SLAC是唯一拥有为这项研究提供正电子束所需基础设施的实验室
我们希望在未来几年内将这一功能上线，这将使FACET-II有别于世界上任何其他设施
" 该设施还将帮助科学家设计新一代光源，如比以往任何时候都更亮的x光激光，并导致对现有x光激光的改进，如LCLS
这些强大的发现机器为科学家提供了对不断变化的原子世界无与伦比的看法，开辟了从高能物理到医学的新途径，并为材料、生物和能源科学的研究提供了潜在的好处
“开启FACET-II就像打开了一扇从来没有人回头看过的门，”项目主管维塔利·亚基门科说，他是FACET部门主管，也是SLAC加速器部门的副主管
“它将产生比以前任何东西都强一百倍的电子束，并创造全新的科学机会
" 在两年的时间里，SLAC的工作人员安装了一个最先进的高亮度电子源和新的电子束压缩器系统来产生强束
他们还升级了设备的控制系统，并安装了分析光束特性的工具
学分:杰奎琳·奥瑞尔/SLAC国家加速器实验室 推动创新 作为美国能源部的一个用户设施，FACET-II将每年运行大约6个月，向大约25个实验发射光束，并接待来自大学、工业和其他国家实验室的大约250名研究人员
在接下来的几个月里，FACET-II计划咨询委员会将检查为波束时间选择的初始实验的准备情况，并审查进入即将到来的科学队列的第二轮提案
整个一月份，团队将致力于把FACET-II的所有部件都放到网上，并使光束达到正确的能量和质量
当团队安装新的实验硬件时，用户将并行工作，以确保一切正常工作，并获得正确的信号
在预计将于今年2月开始的第一个实验中，研究人员将研究保持束流质量、改进等离子体尾波场加速技术以及产生和加速正电子的方法
他们还将开发特洛伊木马-2，这是对现有技术的更新，可以通过将电子“偷偷”进入等离子体来产生强电子束
FACET-II还可能提供对新的和意想不到的物理现象的洞察，如伽马射线爆发、最高能形式的电磁辐射和强场量子电动力学(QED)，这两者在极端天体物理现象如宇宙射线和爆炸恒星中起着重要作用
其他科学目标包括使用某些电绝缘体代替等离子体的紧凑型尾波场加速器，以及机器学习技术，这些技术将精确测量和模拟这些强大电子束的物理特性，以帮助rstand下的研究人员控制超短束，提高用户程序的效率和科学生产率
“我们的实验室建立在加速器技术的基础上，并继续推动该领域的创新，”SLAC加速器管理局局长布鲁斯·邓纳姆说
“FACET-II是一个开创性的设施，将有助于我们保持在加速器科学的前沿
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