質子驅動等離子體尾波場加速測試成功

英國《自然》雜志29日在線發表了一項粒子物理學重磅研究：英國科學家團隊詳細報告了質子驅動等離子體尾波場加速的首次演示。該實驗結果預示著，人類向建造未來的高能粒子加速器更進一步。

高能粒子是現代粒子散射實驗中的“炮彈”，是研究物質基元結構的最有用工具，因而對于科學界更好地理解基本粒子來說，高能粒子加速器至關重要，其通過對粒子和現象的觀測分析，不斷加深人類對物質微觀結構的認識。

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

此次，英國倫敦大學學院物理學家馬修·溫及其同事報告稱，在高級尾波場實驗（awake）項目進行的首次質子驅動等離子體尾波場加速演示中，若干質子束驅動形成了尾波場——而電子則被注入這個尾波場。質子驅動能讓電子在一次加速階段內就加速至高能量，而其他等離子體尾波場加速技術則需要多個加速階段才可以。

研究團隊表示，他們在10米的等離子體設備中，檢測到了最高能量達2gev的被加速電子。

目前，這一項目處于研究初期階段，不過，質子驅動等離子體加速的首次測試結果已經讓物理學界備受鼓舞。

從上世紀50年代開始，由于高能加速器技術脫胎換骨，被加速粒子的能量越來越高，因此在不同的時期，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家們唯一的工具。正是憑借它們，以及不斷進步的高能粒子加速器，物理學才得以持續發展。（記者 張夢然）