德國科學(xué)家在最新一期《物理評論》雜志上撰文稱，他們研制的激光等離子體加速器LUX連續(xù)不斷產(chǎn)生電子束的時間首次超過一整天達(dá)到30小時，創(chuàng)下世界紀(jì)錄，這是通往未來粒子加速器的一個重要里程碑，有望讓基礎(chǔ)研究和醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域受益。

LUX由德國電子同步加速器研究所(DESY)和漢堡大學(xué)共同開發(fā)和運(yùn)營。研究人員解釋稱，在激光等離子體加速器內(nèi)，激光或高能粒子束會在微管內(nèi)產(chǎn)生等離子波。等離子體是一種氣體，其中的氣體分子被剝離了電子。LUX使用氫氣作為氣體。

研究小組負(fù)責(zé)人安德烈亞斯·邁爾解釋說：“激光脈沖以狹窄的圓盤形式穿過氣體，在此過程中，將電子從氫分子中剝離，緊隨脈沖后的電子會被位于其前方帶正電的等離子波加速。這使激光等離子加速器獲得的加速強(qiáng)度比現(xiàn)今最強(qiáng)大的機(jī)器能提供的加速強(qiáng)度高1000倍，更緊湊、功能更強(qiáng)大的等離子體加速器有望廣泛應(yīng)用于基礎(chǔ)研究、醫(yī)學(xué)等多個領(lǐng)域。”

在破紀(jì)錄的不間斷運(yùn)行中，加速器每秒能加速100000多個電子束。有了這么龐大的數(shù)據(jù)集，科學(xué)家可以對加速器、激光器和光束的特性開展更精確地關(guān)聯(lián)和分析。邁爾說：“例如，我們可以將電子束中意想不到的變化追溯到激光器中的特定位置，從而確切知道從哪里開始才能產(chǎn)生更好的粒子束。”

邁耶指出：“該系統(tǒng)可運(yùn)行更長時間，但我們在30小時后就停止了運(yùn)行。最新研究為這種創(chuàng)新的粒子加速器技術(shù)的穩(wěn)定運(yùn)行奠定了堅實(shí)基礎(chǔ)，將激光等離子體加速技術(shù)從實(shí)驗(yàn)室轉(zhuǎn)移到實(shí)際應(yīng)用的時機(jī)已經(jīng)成熟。”

邁耶也強(qiáng)調(diào)說，在將這些設(shè)備投入實(shí)際使用之前，仍有許多技術(shù)挑戰(zhàn)需要克服，“但現(xiàn)在，我們能夠操控運(yùn)行電子束線更長時間，這使我們能更好地應(yīng)對這些挑戰(zhàn)。”

DESY加速器部門主管威姆·利曼思總結(jié)說：“這項(xiàng)工作表明，激光等離子體加速器可以產(chǎn)生可控輸出，為進(jìn)一步開發(fā)該技術(shù)提供了堅實(shí)基礎(chǔ)。”

與大型強(qiáng)子對撞機(jī)等傳統(tǒng)的粒子加速器相比，激光等離子體加速器對粒子加速的方式完全不同。這些年，傳統(tǒng)的粒子加速器不斷升級，激光等離子體加速器也不斷取得新突破。幾年前，美國科研團(tuán)隊(duì)曾在9公分長的等離子體管中對粒子進(jìn)行加速，使其獲得相當(dāng)于傳統(tǒng)粒子加速器能量梯度的1000倍以上的加速度，刷新了當(dāng)時激光等離子體加速器的紀(jì)錄。此次新紀(jì)錄將進(jìn)一步推動激光等離子體加速技術(shù)走出實(shí)驗(yàn)室，走向?qū)嶋H應(yīng)用。