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“升級(jí)的激光設(shè)備為下一代粒子加速器鋪平了道路?！眮碜悦绹?guó)的一位科學(xué)家說到。美國(guó)勞倫斯伯克利國(guó)家實(shí)驗(yàn)室（伯克利實(shí)驗(yàn)室）的科學(xué)家們完成了世界上最強(qiáng)大的激光系統(tǒng)之一的重大擴(kuò)展，為全球高能物理和其他領(lǐng)域的突破創(chuàng)造了新的機(jī)會(huì)。該擴(kuò)展為伯克利實(shí)驗(yàn)室激光加速器BELLA中心的千萬(wàn)瓦激光創(chuàng)建了第二條光束線，使下一代粒子加速器的開發(fā)能夠應(yīng)用于科學(xué)、醫(yī)學(xué)、安全和工業(yè)。第二條光束線于今年夏天上線，是BELLA和工程團(tuán)隊(duì)多年規(guī)劃、設(shè)計(jì)和工程的成果。

博士后研究員 Sahel Hakimi 和研究生 Jared De Chant 在 BELLA 對(duì) iP2 進(jìn)行了調(diào)整。新設(shè)施將擴(kuò)大伯克利實(shí)驗(yàn)室和 LaserNetUS 社區(qū)的研究能力。

一位科學(xué)家解釋說：“我們很高興看到施工完成，并且非?？释_始第二條光束線所能實(shí)現(xiàn)的各種令人興奮的實(shí)驗(yàn)?！眰鹘y(tǒng)的加速器使用射頻電磁場(chǎng)使粒子在幾十公里的距離上逐漸加速，因此往往體積巨大且價(jià)格昂貴。例如，著名的國(guó)際粒子加速器CERN的大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)沿著16英里長(zhǎng)的環(huán)形路徑加速粒子，這是一項(xiàng)花費(fèi)數(shù)十億美元建造和運(yùn)行的巨大成就。

但是在BELLA中心，科學(xué)家們利用高功率激光與等離子體相互作用產(chǎn)生的電場(chǎng)加速帶電粒子，創(chuàng)造出了激光等離子體加速器LPA。該團(tuán)隊(duì)使用一個(gè)1皮瓦的激光，產(chǎn)生一束非常短的脈沖或“子彈”光，每秒一次，每一次的能量都是典型閃電的100倍。當(dāng)激光束穿過等離子體（一種類似氣體的帶電粒子湯）時(shí)，它會(huì)產(chǎn)生一個(gè)移動(dòng)的波，然后放置在該波中的帶電粒子被向前推進(jìn)，就像海浪上的沖浪者一樣。（這是測(cè)試階段的事情啦，現(xiàn)在已經(jīng)升級(jí)完成啦。）這種名為wakefield方法可以產(chǎn)生比傳統(tǒng)加速器高1000倍的加速率，使LPA成為下一代更小、更便宜的加速器的有希望的候選。

第二條光束線設(shè)施設(shè)計(jì)為高度可調(diào)，能夠產(chǎn)生范圍更廣的激光局域，脈沖持續(xù)時(shí)間和脈沖能量可以獨(dú)立變化。這兩條光束線旨在串聯(lián)使用，使該系統(tǒng)成為科學(xué)和加速器技術(shù)發(fā)展的強(qiáng)大和通用工具。為了創(chuàng)建新的光束線，該團(tuán)隊(duì)分離了一部分主激光束，并將其穿過一系列光學(xué)器件，以產(chǎn)生第二束短而強(qiáng)大的光脈沖，從而產(chǎn)生第二個(gè)尾場(chǎng)。

特別是，該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)旨在實(shí)現(xiàn)團(tuán)隊(duì)的設(shè)想，即將多個(gè)LPA模塊分段，以達(dá)到粒子對(duì)撞機(jī)所需的高電子束能量，利用第二束線的尾場(chǎng)進(jìn)一步加速第一束線的粒子。目前正在進(jìn)行實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的初步實(shí)驗(yàn)。在他們的長(zhǎng)期愿景中，該團(tuán)隊(duì)建議堆疊額外的激光驅(qū)動(dòng)模塊，以創(chuàng)建能量極高的加速器，使下一代物理發(fā)現(xiàn)能夠以成本和規(guī)模的一小部分實(shí)現(xiàn)。