人類史上最強(qiáng)電子束誕生了：功率相當(dāng)于100萬座核電站，拍瓦級(jí)脈沖開啟新紀(jì)元(2)

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2025-05-12 19:13:23 騰訊新聞

電子能量的提升意味著速度的增大，也就是更接近于光速。由于相對(duì)論效應(yīng)，隊(duì)列的長(zhǎng)度會(huì)縮短。從1億電子伏到100億電子伏，可以讓隊(duì)列長(zhǎng)度從1毫米縮短到10微米，但這還不夠?？茖W(xué)家們還必須利用啁啾現(xiàn)象，讓跑得快的電子多跑些路程，讓跑得慢的電子抄近路。這就用到了名叫“減速?gòu)潯钡拇盆F組件，以及名叫“波動(dòng)器”的特殊磁鐵。前者用來常規(guī)壓縮，后者則是本次成功的關(guān)鍵?？茖W(xué)家們把精心設(shè)計(jì)的激光脈沖與電子束重疊，而波動(dòng)器迫使電子左右擺動(dòng)，從而能夠與光交換能量，使得電子束額外增加了一個(gè)更有用的啁啾結(jié)構(gòu)，最終在電子束流里導(dǎo)致了一個(gè)寬度只有0.3微米的超強(qiáng)電子脈沖。

換句話說，科學(xué)家們通過激光和磁場(chǎng)的巧妙結(jié)合，把電子束“捏”成了一個(gè)極其短小、極其密集的脈沖，從而實(shí)現(xiàn)了有史以來最大的電流和峰值功率。

拍瓦級(jí)電子脈沖的應(yīng)用潛力非常廣泛，幾乎可以覆蓋從基礎(chǔ)科學(xué)到實(shí)際技術(shù)的多個(gè)領(lǐng)域。例如，它們可以用來模擬宇宙中的極端環(huán)境，幫助我們理解天體物理學(xué)中的一些奇特現(xiàn)象；可以用于研究強(qiáng)場(chǎng)量子電動(dòng)力學(xué)，在極端條件下探索光與物質(zhì)的相互作用；還可以用于超快化學(xué)反應(yīng)的研究中，幫助我們觀察化學(xué)反應(yīng)必然涉及的量子力學(xué)過程。

此外，這樣的超快超強(qiáng)電子束還會(huì)推動(dòng)高能物理和基本粒子物理學(xué)的研究工作，甚至可能用于驅(qū)動(dòng)未來的光源和粒子加速器。甚至有可能幫助我們探測(cè)到真空的本質(zhì)?？茖W(xué)家指出，超快超強(qiáng)電子束可以產(chǎn)生超強(qiáng)電場(chǎng)，與超強(qiáng)激光脈沖碰撞有可能讓空間暴露在非常強(qiáng)的電極化中。如果由此產(chǎn)生的電場(chǎng)足夠強(qiáng)大，就會(huì)撕裂真空、產(chǎn)生粒子-反粒子對(duì)，這是量子物理學(xué)早就預(yù)測(cè)但尚未觀察到的神奇現(xiàn)象。

現(xiàn)在這個(gè)工作已經(jīng)把以前最短的電子束脈沖縮短了5倍，為了撕裂真空、檢驗(yàn)量子物理學(xué)預(yù)言的目標(biāo)，還需要將電子脈沖再縮短10倍?？茖W(xué)家們正在計(jì)劃用等離子體單元替代激光器，構(gòu)建更復(fù)雜的啁啾調(diào)制方案。

如果能夠生成更強(qiáng)大、更精確的電子束，未來的科學(xué)研究將會(huì)變得更加深入和廣泛。

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