新型激光技術(shù)將有助于制造功能更強(qiáng)大且體積更小的粒子加速器
通過觀察已被加速到極高能量的電子,科學(xué)家們能夠解開有關(guān)組成我們宇宙的粒子的線索。 但是,在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中將電子加速到如此高的能量是一項(xiàng)挑戰(zhàn):通常,電子能量越高,粒子加速器越大。例如,為了發(fā)現(xiàn)希格斯玻色子(最近觀察到的負(fù)責(zé)宇宙質(zhì)量的“上帝粒子”),瑞士歐洲核子研究組織實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)家使用了27公里長的粒子加速器。 但是,如果有一種方法可以縮小粒子加速器的尺寸,在短距離內(nèi)產(chǎn)生高能電子呢? 在《物理評論快報(bào)》上發(fā)表的一篇論文中,羅切斯特大學(xué)激光能量學(xué)實(shí)驗(yàn)室(LLE)的科學(xué)家概述了一種形成強(qiáng)激光的方法,該方法可以使電子在很短的距離內(nèi)加速到創(chuàng)紀(jì)錄能量:研究人員估計(jì),加速器僅為類似能量裝置裝置的萬分之一,從而將加速器從羅德島(Rhode Island)的長度減少到餐桌的長度。有了這樣的技術(shù),科學(xué)家們可以進(jìn)行桌面實(shí)驗(yàn)來探測希格斯玻色子,或者探索額外的維度和新的粒子,最終也許能實(shí)現(xiàn)愛因斯坦夢想的大統(tǒng)一理論。 該圖描繪了LLE研究人員概述的方法,該方法利用強(qiáng)激光整形以使電子在非常短的距離內(nèi)加速到更高能量。一個超短脈沖(黃色)向右傳播并從一個放射狀梯形(最右邊的元素)反射,控制每個環(huán)在從無軸突(axiparabolla)(最左邊的元素)反射之后聚焦的時間。圖片:H. Palmer and K. Palmisano LLE的科學(xué)家,論文的主要作者約翰·帕拉斯特羅(John Palastro)說:“研究基本粒子物理學(xué)需要更高能的電子。電子加速器為宇宙基本組成部分所居住的亞原子世界提供了窺鏡! 盡管目前這項(xiàng)研究只是理論上的研究,但LLE正在努力通過計(jì)劃在LLE上建造世界上功率最高的激光器來使其成為現(xiàn)實(shí)。這款名為EP-OPAL的激光器將使研究人員能夠創(chuàng)建出本文所述的極其強(qiáng)大的雕刻光脈沖和技術(shù)。 研究人員概述的電子加速器依靠一種革命性的技術(shù)來雕刻激光脈沖的形狀,以使它們的峰值傳播的速度快于光速。 LLE的資深科學(xué)家,論文的作者之一達(dá)斯汀·弗洛拉(Dustin Froula)說:“這項(xiàng)技術(shù)可以使電子加速到超過現(xiàn)有技術(shù)所能達(dá)到的水平。” |