研究人员利用台式激光系统产生超快电子

在大规模粒子加速器中，亚原子粒子（如电子）被加速到与光速相当的超高速，朝向目标表面。加速的亚原子粒子的碰撞会产生独特的相互作用，使科学家能够更深入地了解物质的基本性质。

传统上，基于激光的粒子加速器需要昂贵的激光器（在100万至2000万美元的范围内），并且包含在大型国家设施中。如此复杂的设置能够将电子加速到兆电子伏特（MeV）的能量。但是，成本仅为目前使用的激光器的一小部分的更简单的激光器是否可用于设计类似的粒子加速方案？

在令人兴奋的飞跃中，海德拉巴塔塔基础研究所（TIFRH）的科学家设计了一种优雅的解决方案，成功地以先前认为必要的激光强度的很小一部分（小100倍）产生了MeV（10⁶eV）温度电子。

这一发现发表在《通讯物理学》杂志上。

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实验示意图和观察结果

该技术实施了两个激光脉冲；首先在微滴中产生微小的受控爆炸，然后是第二个脉冲，以加速电子达到兆电子伏特（MeV）的能量。更令人兴奋的是，他们使用的激光比以前认为需要的少了100倍，使未来研究更容易获得和多样化。由于能够产生高能电子束，用于非破坏性测试、成像、断层扫描和显微镜等应用，并且可以影响材料科学到生物科学，这一发现的影响可能是巨大的。

TIFRH研究人员开发的装置使用 millijoule 级的激光，以每秒 1000 脉冲的速率发射超短 25 fs 脉冲，并用于动态雕刻直径为 15 µm 的微滴。这种动态目标成形涉及两个串联工作的激光脉冲。第一个脉冲在液滴中形成凹面，第二个脉冲驱动静电等离子体波，将电子推进到 MeV 能级。

等离子体中的静电波振荡很像你在池塘中扔石头时产生的机械扰动。在这里，激光在电子海中产生扰动，并产生“电子海啸”，就像海岸的波浪飞溅一样，使高能电子破碎。该过程产生两个电子束，每个电子束都有不同的温度成分：200keV和1MeV。

这项创新使用适合放在桌面上的激光器产生超过4 MeV的定向电子束，使其成为改变游戏规则的工具，用于跨不同科学领域的时间分辨微观研究。

相关链接：https://phys.org/news/2024-03-generate-super-fast-electrons-table.html

论文链接：https://dx.doi.org/10.1038/s42005-024-01550-8