短距离电子加速技术，或可显著地缩小粒子加速器体积学术资讯

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▲韩国蔚山科学技术大学物理系的博士生SeongYeol Kim。他参与了欧洲核子研究中心的“高等质子驱动等离子体尾波场加速实验”（AWAKE）。

众所周知，欧洲核子研究中心（CERN）埋在法国与瑞士交界处地下175米深、周长达27千米的大型强子对撞机，是世界上最大的粒子加速器。该设备在2012年曾帮助高能物理学家发现了希格斯玻色子，而之后高能物理学界的主要科研目标之一，就是力图对这种新粒子的特性进行更好的掌握和描述，并致力于发现更多其他的高能物理现象。因此，为了支持高能物理学研究，高能粒子加速器技术得到了迅猛的发展。然而，迄今所使用技术的改进和扩展都必须承受和付出极大的成本和代价，所以开发制造出更为廉价的高能加速器迫在眉睫。

据每日科学网10月14日报道，一个跨国物理学家研究团队，在欧洲核子研究中心专门致力于进行“高等质子驱动等离子体尾波场加速实验”（简称AWAKE），他们最近公布发现了一种能在短距离空间中将电子加速到高能的开创性实验方法。这一手段能够显著缩小未来粒子加速器的体积，并降低其制造成本。他们在近期出版的《自然》杂志上发表了一篇关于这一重要科研成果的论文。

AWAKE的国际科学家团队由来自18个研究所的工程师和科学家所组成，其中包括欧洲核子研究中心和德国的马克斯·普朗克物理研究所。此外，韩国蔚山科学技术大学物理系教授Moses Chung领导的一个位于该校内的研究小组也是这次AWAKE合作计划的一部分，他们对此次发现成果功不可没，承担的工作包括波束线的设计和对电子束注入的优化。

Chung教授介绍道：“AWAKE的技术将为高能粒子加速器未来的发展带来一个根本性的转变，这项最新的成就可以让工程师们大大缩小粒子加速器的尺寸，并减少建造它们所需的巨额资金。这些设备生成的高能粒子碰撞将助力物理学家探索自然界的基本规律，为众多各种不同领域的科技进步奠定基础。”

物学家们提出的尾波场加速器的设想，不仅可以作为降低成本的替换手段之一，还可以更有效地加速粒子。简单来说，物理学家发射一束穿透等离子体的电子、质子或激光，等离子体中的自由电子会向光束移动，直到越过它，然后冲回来，在光束后面产生一个气泡结构和强烈的电场。如果你向尾波中注入更多诸如电子的粒子，它可以在更短的时间内加速被注入的粒子，并同时生成10倍以上强度的电场。

在这项研究中，科学家首次证明了质子驱动产生的等离子体尾波场的加速效应，并利用一束电子对由一系列质子微束产生的强电场进行了采样。经磁谱仪测量，在大约10米长的等离子体中这些电子能被加速到十亿电子伏特（2GeV）的级别。他们预计，这种技术有潜力在单个加速阶段将电子从十亿电子伏特的水平加速到万亿电子伏特（TeV）的规模。

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编译：朱明逸

审稿：alone

责编：张梦

期刊来源：《自然》

期刊编号：0028-0836

原文链接：

https://www.sciencedaily.com/releases/2018/10/181014142709.htm