质子驱动等离子体加速的首次演示“唤醒”高能粒子加速器的未来

《自然》本周在线发表的一篇论文Acceleration of electrons in the plasma wakefield of a proton bunch详细报告了质子驱动等离子体尾波场加速的首次演示。该实验结果预示着人类向高能粒子加速器的未来发展更进一步。 

高级尾波场实验的构造。

Adli et al.

高能粒子加速器对于更好地理解基本粒子来说至关重要，而等离子体尾波场加速具有打造下一代型更小、更强大的粒子加速器的潜力。这项技术实现高能加速的方式通常是让单个强激光脉冲或一束电子束激发出一个等离子体波（尾波场），再让电子等粒子利用这种波实现高能加速、获得高能量。

在具有（蓝）和不具有（橙）等离子体密度梯度的情况下，测量不同等离子体密度n_pe下实现的最高峰值能量μ_E。

Adli et al.

在高级尾波场实验（AWAKE）项目进行的首次质子驱动等离子体尾波场加速演示中，若干质子束驱动形成了尾波场——而电子则被注入这个尾波场。质子驱动能让电子在一次加速阶段内就加速至高能量，而其它等离子体尾波场加速技术则需要多个加速阶段才可以。作者在10米的等离子体设备中检测到了最高能量达2gev的被加速电子。

尽管仍处于研究初期，但质子驱动等离子体加速的首次测试结果让科学家备受鼓舞。ⓝ

Nature|doi:10.1038/s41586-018-0485-4

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Acceleration of electrons in the plasma wakefield of a proton bunch

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