作者:弗里德里希-亚历山大大学埃尔兰根-纽伦堡
无花果
1:作为同步相位φs的函数的力
信用:DOI: 10
1038/s 14586-021-03812-9 粒子加速器是生物学、材料科学和粒子物理等研究领域的重要工具
研究人员一直在寻找更强有力的加速粒子的方法，以改进现有设备并增加实验能力
一项如此强大的技术是电介质激光加速(DLA)
在这种方法中，粒子在超短激光脉冲聚焦在纳米光子结构上时产生的光学近场中被加速
利用这种方法，来自弗里德里希-亚历山大-埃尔兰根-纽伦堡大学(FAU)激光物理讲座的研究人员成功地引导电子通过真空通道，这是粒子加速器的一个重要组成部分
光子纳米结构通道的基本设计是由合作伙伴TU Darmstadt开发的
他们现在已经在《自然》杂志上发表了他们的联合发现
保持专注 随着带电粒子扩散，它们往往会彼此远离，所有加速器技术都面临着将粒子保持在所需的空间和时间边界内的挑战
因此，粒子加速器可能长达十公里，在投入使用前需要多年的准备和建设，更不用说涉及的重大投资了
电介质激光加速，或称DLA，利用超快激光技术和半导体生产的进步，有可能将这些加速器缩小到只有几毫米或几厘米大小
一个有希望的方法:实验已经证明，DLA超过目前使用的技术至少35倍
这意味着潜在加速器的长度可以减少同样的因素
然而，到目前为止，还不清楚这些数字是否可以扩大到越来越长的结构
由教授领导的物理学家团队
博士；医生
来自FAU大学激光物理学讲座的彼得·霍梅尔霍夫朝着将DLA应用于全功能加速器迈出了重要的一步
他们的工作是第一次提出了一个可以用来远距离引导电子脉冲的方案
技术是关键 该方案被称为“交替相位聚焦”(APF)，是从加速器理论的早期采取的方法
物理学的一个基本定律意味着，同时聚焦三个维度——宽度、高度和深度——的带电粒子是不可能的
然而，这可以通过交替聚焦不同维度的电子来避免
首先，电子被调制的激光束聚焦，然后它们“漂移”通过另一个没有力作用的短通道，最后被加速，从而被向前引导
在他们的实验中，来自FAU大学和达姆施塔特大学的科学家们在椭圆形柱子的柱廊中加入了规则间隔的短间隙，从而形成了重复的大细胞
根据入射激光、电子和产生漂移部分的间隙之间的延迟，每个宏单元对粒子具有聚焦或散焦效果
这种设置允许在光学或毫微微秒超时间尺度上进行精确的电子相位空间控制(毫微微秒相当于十亿分之一秒的百万分之一)
在实验中，将激光照射在结构上显示出通过结构的束流增加
如果不使用激光，电子不会被引导并逐渐撞击通道壁
该出版物的合著者、FAU物理学家约翰尼斯·伊默尔说:“这非常令人兴奋。”
“相比之下，欧洲粒子物理研究所的大型强子对撞机在2450米长的曲线上使用了其中的23个细胞
我们的纳米结构使用五个作用相似的细胞，它们的直径只有80微米
" 我们什么时候能看到第一台DLA加速器？ “结果非常重要，但对我们来说，这只是一个过渡步骤，”博士解释说
罗伊·希洛:“我们的最终目标很明确:我们想在微芯片上创造一个功能齐全的加速器
" 该领域的工作由国际“芯片加速器”(a chip)合作推动，作者是该合作的成员
合作已经证明，理论上，APF可以被调整以实现电子束的加速
因此，复杂的三维APF装置可以成为未来粒子加速器技术的基础
“如果我们要能够在更长的距离上加速电子而没有任何损失，我们必须捕获所有三维空间中的电子，”博士解释说
英国达姆施塔特大学的Uwe Niedermayer是该出版物的合著者
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