質(zhì)子驅(qū)動等離子體尾波場加速測試成功

英國《自然》雜志29日在線發(fā)表了一項(xiàng)粒子物理學(xué)重磅研究：英國科學(xué)家團(tuán)隊(duì)詳細(xì)報(bào)告了質(zhì)子驅(qū)動等離子體尾波場加速的首次演示。該實(shí)驗(yàn)結(jié)果預(yù)示著，人類向建造未來的高能粒子加速器更進(jìn)一步。

高能粒子是現(xiàn)代粒子散射實(shí)驗(yàn)中的“炮彈”，是研究物質(zhì)基元結(jié)構(gòu)的最有用工具，因而對于科學(xué)界更好地理解基本粒子來說，高能粒子加速器至關(guān)重要，其通過對粒子和現(xiàn)象的觀測分析，不斷加深人類對物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)的認(rèn)識。

等離子體尾波場加速具有建造下一代體型更小、功能更強(qiáng)大的粒子加速器的潛力。這項(xiàng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)高能加速的方式，通常是讓單個強(qiáng)激光脈沖或一束電子激發(fā)出一個等離子體波（尾波場），再讓電子等粒子利用這種波實(shí)現(xiàn)高能加速、獲得高能量。

此次，英國倫敦大學(xué)學(xué)院物理學(xué)家馬修·溫及其同事報(bào)告稱，在高級尾波場實(shí)驗(yàn)（awake）項(xiàng)目進(jìn)行的首次質(zhì)子驅(qū)動等離子體尾波場加速演示中，若干質(zhì)子束驅(qū)動形成了尾波場——而電子則被注入這個尾波場。質(zhì)子驅(qū)動能讓電子在一次加速階段內(nèi)就加速至高能量，而其他等離子體尾波場加速技術(shù)則需要多個加速階段才可以。

研究團(tuán)隊(duì)表示，他們在10米的等離子體設(shè)備中，檢測到了最高能量達(dá)2gev的被加速電子。

目前，這一項(xiàng)目處于研究初期階段，不過，質(zhì)子驅(qū)動等離子體加速的首次測試結(jié)果已經(jīng)讓物理學(xué)界備受鼓舞。

從上世紀(jì)50年代開始，由于高能加速器技術(shù)脫胎換骨，被加速粒子的能量越來越高，因此在不同的時(shí)期，人們對“高能”的定義是不同的。但可以說，高能粒子幾乎是到迄今為止粒子物理學(xué)家們唯一的工具。正是憑借它們，以及不斷進(jìn)步的高能粒子加速器，物理學(xué)才得以持續(xù)發(fā)展。（記者 張夢然）