德國國家研究中心電子同步加速器（DESY）的一組科學(xué)家建造出一個微型雙粒子加速器，可以回收輸入系統(tǒng)的部分激光能量，以第二次增加加速電子的能量。

該裝置使用位于電磁頻譜中紅外和無線電頻率之間的窄帶太赫茲輻射，單個加速管只有1.5厘米長，直徑只有0.79毫米，其研究成果發(fā)表在《物理評論X》期刊上。

國家電子同步加速器首席科學(xué)家、制造該設(shè)備的CFEL小組負(fù)責(zé)人Franz K?rtner說：由于太赫茲輻射的短波長，實現(xiàn)微型尺寸是可能的，基于太赫茲的加速器已經(jīng)成為下一代小型型電子源的高潛力候選者。科學(xué)家們以前已經(jīng)成功地用太赫茲加速器進(jìn)行了實驗，這可以使大粒子加速器不可行或不必要的應(yīng)用成為可能，然而，這項技術(shù)仍處于早期階段。

實驗太赫茲加速器的性能一直受到太赫茲脈沖與電子之間相對較短的相互作用部分限制。然而，這項技術(shù)仍處于早期階段，實驗太赫茲加速器的性能，受到了太赫茲脈沖與電子之間相對較短的相互作用部分限制。對于新設(shè)備，研究小組使用了更長的脈沖，包括許多周期的太赫茲波。該多周期脈沖顯著延長了與粒子的相互作用部分。把多周期太赫茲脈沖送入排列著介質(zhì)材料的波導(dǎo)中。

在波導(dǎo)內(nèi)，脈沖的速度會降低，一束電子被及時射入波導(dǎo)的中心部分，以便與脈沖一起傳播。這個方案將太赫茲脈沖和電子束之間的相互作用區(qū)域增加到厘米范圍，而在早期的實驗中只有幾毫米。該裝置在實驗室中沒有產(chǎn)生很大的加速度，然而研究小組可以通過證明電子在波導(dǎo)中獲得能量來證明這一概念，這是一個概念的證明，電子的能量從55千伏增加到大約56.5千伏。

使用更強(qiáng)的激光產(chǎn)生太赫茲脈沖可以獲得更強(qiáng)的加速度這個裝置主要是為非相對論區(qū)域設(shè)計的，這意味著電子的速度不是那么接近光速。有趣的是，這一機(jī)制使得太赫茲脈沖能夠循環(huán)用于第二階段的加速。一旦太赫茲脈沖離開波導(dǎo)進(jìn)入真空，它的速度就會被重置為光速。這意味著，脈沖在幾厘米的跨度時間內(nèi)超過了速度較慢的電子束。將第二個波導(dǎo)放置在電子進(jìn)入它的正確距離，以及被波導(dǎo)再次減慢的太赫茲脈沖。

這樣，就產(chǎn)生了第二個相互作用部分，進(jìn)一步增強(qiáng)了電子的能量。在實驗室實驗中，只有一小部分太赫茲脈沖可以通過這種方式進(jìn)行回收。但實驗表明，回收理論上是可能的，研究人員相信回收的比例可以大幅增加。資深科學(xué)家尼古拉斯·馬特利斯是CFEL小組該項目的組長，他強(qiáng)調(diào)：我們的級聯(lián)方案將大大降低在非相對論區(qū)域?qū)﹄娮蛹铀偎璧募す庀到y(tǒng)需求，為基于太赫茲的加速器設(shè)計打開新的可能性。

博科園｜研究/來自：德國國家研究中心電子同步加速器

參考期刊《物理評論X》

DOI: 10.1103/PhysRevX.10.011067

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