北大激光加快小组获得新进展 初次提出电子自匹
来源:很幸福网 发表于2019-07-28 09:23:39 编辑:陆游
摘要: 北京大学激光加快小组(使用物理与技能研讨中心 核物理与核技能国家重点实验室)贺贤土院士、颜学庆教授与合作者近期在激光加快-强场物理中又取得

  北京大学激光加快小组(使用物理与技能研讨中心 核物理与核技能国家重点实验室)贺贤土院士、颜学庆教授与合作者近期在激光加快-强场物理中又取得了重要研讨进展,宣布了标题为Generating Overcritical Dense Relativistic Electron Beams via Self-Matching Resonance Acceleration (PRL 110, 045002 (2019)) 的论文。研讨中初次发现“自匹配共振加快”的电子加快机制,用于发生高密度、螺旋结构、准直的相对论电子束,对强场激光物理的开展将发生重要影响。

  使用自匹配共振加快机制发生的高密度、螺旋结构、准直电子束(坐标单位为微米)

  使用超强激光与等离子体相互作用发生高能电子,现在最主要的途径是在激光尾波场中完成。但是这种尾波场发生的电子束密度很低,电子数目很少。另一方面,使用电子与激光共振也是一种有用的电子加快机制。但是因为等离子体环境十分复杂,预加快的电子只要很少的一些能够满意共振条件,因而极大约束了共振加快的实践使用。该研讨小组在前期的研讨中发现,共振加快在圆极化激光下和线极化激光下有很大的不同。圆极化激光下,电子的共振加快愈加有用,也愈加安稳 (PRE 69, 066409(2004); LPB 26, 51(2008), POP 16, 013104 (2009))。使用圆极化激光与近临界密度等离子体相互作用,能够一起发生很强的准静态角向和轴向磁场,这被称为逆法拉第效应。该研讨小组在前期的作业中对这种自生磁场进行了深化的研讨 (POP 10, 4166(2003); POP 12, 044505(2005); POP 12, 053104(2005); POP 12, 083102(2005))。

  课题组在最近的研讨作业中发现,当准静态轴向磁场满足强的时分,在激光通道中心会抓获高密度的电子束。这些被抓获的电子,因为遭到激光的驱动,会不断调整自身的频率和相位,以匹配共振条件。一旦共振条件匹配,这些电子就能够被继续的加快,从而能够发生具有过临界密度,螺旋结构以及渠道能谱特性的准直电子束。这些共振电子的加快进程十分类似于最早提出的逆自由电子激光加快机制。审稿人谈论以为这个作业十分风趣而且会引起同行的极大爱好,“I found this work to be interesting and potentially of great interest to the community.” 这种自匹配共振加快的电子束具有广泛的使用远景,比方能够用于离子加快或许用于同步辐射的X射线源等。工学院使用物理与技能研讨中心(CAPT)博士后刘彬为论文的榜首作者,物理学院博士生王鸿勇也在该研讨中做出了重要贡献。

  该项研讨得到国家严重仪器开发专项、国家自然科学杰出青年基金、基金委重点项目、863项目和某专项基地项目的赞助。还得到了核物理与核技能国家重点实验室和北京大学使用物理与技能研讨中心赞助。

  相关研讨布景:

  粒子加快器从诞生至今推进它开展的底子动力在于根究人类面对的四大根本问题即:物质、世界、生命的根本构成和运动规则及人类思想的运转规则。刚刚建成的世界上最大的加快器强子对撞机LHC现已发现了质量之源-Higgs粒子存在的强有力依据,而且显现有或许存在两种Higgs粒子。传统射频加快器因为存在电场击穿,加快梯度要低于100MV/m,所以跟着离子能量的提高加快器的体积变得十分巨大,LHC的周长达27km。为了研讨暗物质、超对称的破缺等前沿物理问题,科学家们还需求能量比LHC高千倍的 PeV 加快器,根据惯例射频加快技能制作这样的加快器需求环绕地球一圈,这是难以完成的。因为传统加快器的局限性及其昂扬的造价,在曩昔的几十年里物理学家一直在探究新的粒子加快原理,以期在较短的间隔内将粒子加快到很高能量。跟着超短超强激光技能的开展,激光聚集光强能够到达1018W/cm2以上,对应的电场高达1012V/m。这样强的激光与等离子体相互作用时,因为等离子体自身是一个电离的状况,不存在击穿问题,发生的加快电场能够比惯例加快器至少高出千倍以上,能够愈加经济地完成超高能粒子加快。更高的能量意味着更高的空间分辨率,它将为人类供给愈加强壮的“粒子显微镜”,从而为探究暗物质暗能量和超对称缺失等最前沿物理问题供给所有必要的东西。一起,相对论电子束是最好的同步辐射光源,能够用来发生X射线、gamma射线,在生物、医学等范畴具有广泛的使用远景。

  修改:焱悠

  

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