物理學家取得了驚人的成就，打破了粒子加速的紀錄。在僅20厘米的長度內，使電子束的能量從0增加到了78億電子伏(7.8GeV)。幾乎比先前4.2 GeV的記錄高出一倍。

高能粒子加速器是弄清物質基礎至關重要的工具，但它們也有相當大的限制，特別是在規模和成本方面。大型強子對撞機(LHC)由埋在地下深處的真空隧道組成，周長26.7公里。

沿著隧道，金屬腔室被間隔開以產生射頻波，波將能量轉移到經過的粒子上，從而使它們加速，每個射頻腔室將500萬伏每米(5MV/m)的加速場傳遞給粒子，最終粒子在真空中獲得了接近光速的速度。

去年，歐洲核子研究組織(CERN)的物理學家宣布，使用一種名為等離子流場加速的技術，他們實現了200MV/m的加速梯度。這使得加速度在10米內達到近2GeV。

用激光脈沖產生具有電磁場的等離子波，電磁場的強度可能是射頻場的數千倍。然后，就像無繩沖浪者利用船尾產生的浪頭來加速一樣，粒子被等離子波的“浪潮”推動前進。

為了進一步改良，勞倫斯伯克利國家實驗室的物理學家設計并組合進了一個等離子體波導構件。研究人員在論文中寫道，它“可用于減輕聚焦激光脈沖的激光衍射，從而增加給定激光功率的加速距離和能量增益。”

最終，在2014年達到了4.2 GeV；現在，團隊再次改進了方法。

在充滿氣體的藍寶石管中，觸發放電以產生等離子體。然后，使用“加熱器”激光脈沖從等離子體中心擊穿部分氣體，從而降低氣體密度，使激光聚焦。

然后，該等離子通道足夠堅固，可以在整個長度上將激光脈沖限制在加速器內。隨后的“驅動器”激光脈沖在等離子體中產生波動。然后，等離子體中的電子會順著藍寶石管道前進。

在先前的實驗里，等離子體的密度問題使激光失去了聚焦，從而導致藍寶石管損壞。

勞倫斯伯克利國家實驗室的物理學家安東尼·貢薩爾維斯說：“加熱束使我們能夠控制驅動器激光脈沖的傳播。未來的實驗，目標是獲得對等離子體波中電子注入的精確控制，以實現前所未有的束質量，并將多個階段耦合在一起，證明它是獲得更高能量的途徑。”

研究人員在本周的APS等離子體物理部第61屆年會上公布了研究結果，而論文已于今年早些時候發表在《 Physical Review Letters》上。

本文譯自 sciencealert，由譯者 majer 基于創作共用協議(BY-NC)發布。