在大規(guī)模粒子加速器中，亞原子粒子（如電子）被加速到與光速相當(dāng)?shù)某�高速，朝向目�?biāo)表面。加速的亞原子粒子的碰撞會(huì)產(chǎn)生獨(dú)特的相互作用，使科學(xué)家能夠更深入地了解物質(zhì)的基本性質(zhì)。

傳統(tǒng)上，基于激光的粒子加速器需要昂貴的激光器（在100萬(wàn)至2000萬(wàn)美元的范圍內(nèi)），并且包含在大型國(guó)家設(shè)施中。如此復(fù)雜的設(shè)置能夠?qū)㈦娮蛹铀俚秸纂娮臃�特（MeV）的能量。但是，成本僅為目前使用的激光器的一小部分的更簡(jiǎn)單的激光器是否可用于設(shè)計(jì)類似的粒子加速方案？

在令人興奮的飛躍中，海德拉巴塔塔基礎(chǔ)研究所（TIFRH）的科學(xué)家設(shè)計(jì)了一種優(yōu)雅的解決方案，成功地以先前認(rèn)為必要的激光強(qiáng)度的很小一部分（小100倍）產(chǎn)生了MeV（10⁶eV）溫度電子。

這一發(fā)現(xiàn)發(fā)表在《通訊物理學(xué)》雜志上。

圖片:搜狗截圖20240314100908.png

實(shí)驗(yàn)示意圖和觀察結(jié)果

該技術(shù)實(shí)施了兩個(gè)激光脈沖；首先在微滴中產(chǎn)生微小的受控爆炸，然后是第二個(gè)脈沖，以加速電子達(dá)到兆電子伏特（MeV）的能量。更令人興奮的是，他們使用的激光比以前認(rèn)為需要的少了100倍，使未來(lái)研究更容易獲得和多樣化。由于能夠產(chǎn)生高能電子束，用于非破壞性測(cè)試、成像、斷層掃描和顯微鏡等應(yīng)用，并且可以影響材料科學(xué)到生物科學(xué)，這一發(fā)現(xiàn)的影響可能是巨大的。

TIFRH研究人員開(kāi)發(fā)的裝置使用 millijoule 級(jí)的激光，以每秒 1000 脈沖的速率發(fā)射超短 25 fs 脈沖，并用于動(dòng)態(tài)雕刻直徑為 15 µm 的微滴。這種動(dòng)態(tài)目標(biāo)成形涉及兩個(gè)串聯(lián)工作的激光脈沖。第一個(gè)脈沖在液滴中形成凹面，第二個(gè)脈沖驅(qū)動(dòng)靜電等離子體波，將電子推進(jìn)到 MeV 能級(jí)。

等離子體中的靜電波振蕩很像你在池塘中扔石頭時(shí)產(chǎn)生的機(jī)械擾動(dòng)。在這里，激光在電子海中產(chǎn)生擾動(dòng)，并產(chǎn)生“電子海嘯”，就像海岸的波浪飛濺一樣，使高能電子破碎。該過(guò)程產(chǎn)生兩個(gè)電子束，每個(gè)電子束都有不同的溫度成分：200keV和1MeV。

這項(xiàng)創(chuàng)新使用適合放在桌面上的激光器產(chǎn)生超過(guò)4 MeV的定向電子束，使其成為改變游戲規(guī)則的工具，用于跨不同科學(xué)領(lǐng)域的時(shí)間分辨微觀研究。

相關(guān)鏈接：https://phys.org/news/2024-03-generate-super-fast-electrons-table.html

論文鏈接：https://dx.doi.org/10.1038/s42005-024-01550-8