罗彻斯特大学林赛·瓦里奇著 插图描绘了LLE研究人员通过加速电子在非常短的距离内记录能量的方式来塑造强激光的方法轮廓
一个超短脉冲(黄色)传播到右边并从一个径向梯队(最右边的元素)反射回来，它控制着每个环在从一个轴抛物面(最左边的元素)反射回来后聚焦的时间
信用:H
帕尔默和K
帕米萨诺 通过观察被加速到极高能量的电子，科学家能够解开组成我们宇宙的粒子的线索
然而，在实验室环境中将电子加速到如此高的能量是具有挑战性的:通常，电子的能量越大，粒子加速器就越大
例如，为了发现希格斯玻色子——最近观察到的负责宇宙质量的“上帝粒子”——瑞士欧洲粒子物理研究所实验室的科学家使用了一个近17英里长的粒子加速器
但是如果有一种方法可以缩小粒子加速器的规模，在很短的距离内产生高能电子呢？ 在《物理评论快报》上发表的一篇论文中，罗彻斯特大学激光能量学实验室(LLE)的科学家们概述了一种塑造强激光的方法，这种方法可以加速电子在非常短的距离内记录能量:研究人员估计，这种加速器将比记录类似能量的拟议装置小10000倍，将加速器从罗德岛的长度缩短到餐桌的长度
有了这样的技术，科学家们可以进行桌面实验来探测希格斯玻色子，或者探索额外维度和新粒子的存在，这可能导致阿尔伯特·爱因斯坦关于宇宙大统一理论的梦想
“研究基本粒子物理需要更高能量的电子，”约翰·帕拉斯特罗说，他是LLE大学的科学家，也是这篇论文的主要作者
“电子加速器提供了一个观察亚原子世界的窗口，这个世界由宇宙的基本构件组成
" 虽然这项研究目前只是理论上的，但LLE正致力于通过在LLE建造世界上最高功率激光器的计划来实现这一目标
这种被命名为EP-OPAL的激光将使研究人员能够创造出本文所描述的极其强大的雕刻光脉冲和技术
研究人员概述的电子加速器依靠一种革命性的技术来塑造激光脉冲的形状，以便它们的峰值可以比光速传播得更快
“这项技术可以让电子加速到超过现有技术的速度，”LLE大学的高级科学家、该论文的作者之一达斯汀·弗鲁拉说
为了雕刻激光脉冲，研究人员开发了一种类似圆形阶梯剧场的新型光学装置，具有波长大小的“台阶”，用于在高功率激光器发出的同心光环之间产生时间延迟
一个典型的透镜将来自激光器的每一圈光聚焦到离透镜一个距离的地方，形成一个高强度的光斑
然而，研究人员没有使用典型的透镜，而是使用了一个外形奇特的透镜，这使得他们可以将每一圈光线聚焦到离透镜不同的距离，形成一条高强度的线，而不是一个点
当这种雕刻的光脉冲进入等离子体——一种由自由运动的电子和离子组成的热汤——时，它会产生一种尾流，类似于汽艇后面的尾流
这种尾流以光速传播
就像滑水者在船的尾流中滑行一样，当电子在雕刻好的激光脉冲的尾流中滑行时，它们会加速
这些“激光尾波场加速器”(LWFA)在近40年前首次被理论化，并因啁啾脉冲放大(CPA)的发明而得到发展，CPA是2018年诺贝尔奖获得者唐娜·斯特里克兰和杰拉德·穆鲁在LLE开发的一项技术
然而，LWFA的早期版本使用了传统的、非结构化的光脉冲，其传播速度比光速慢，这意味着电子会超过尾流，从而限制了它们的加速度
新雕刻的光脉冲能够实现比光速更快的速度，因此电子可以无限期地穿越尾流并不断加速
“这项工作极具创新性，将会成为激光加速器的一个游戏规则改变者，”LLE的主管迈克尔·坎贝尔说
“这项研究展示了与杰出的激光科学家和工程师密切合作的理论和实验等离子体物理学的价值——它代表了LLE文化的精华
"
来源：由phyica.com整理转载自PH，转载请保留出处和链接！
