SLAC創下歷史紀錄！發射全球最強次微米電子束

科學家們運用雷射技術，成功將數十億電子壓縮成比以往強五倍的電子束。這項突破性進展由美國SLAC國家加速器實驗室的研究團隊達成，他們開發出具有破紀錄峰值電流的超短電子束，為加速器物理學樹立重要里程碑。

這項發表於《物理評論快報》的研究，解決了粒子加速器與電子束物理學的長期難題：如何在維持品質的前提下產生高功率電子束。此技術突破將開啟量子化學、天體物理學和材料科學等領域的全新研究方向。

「我們不僅能創造如此強大的電子束，還能根據需求進行客製化控制，這意味著我們能探索比以往更廣泛的物理與化學現象。」SLAC國家加速器實驗室科學家Claudio Emma表示。他是這項研究的主要作者，同時也是FACET-II先進加速器實驗測試設施的研究員。

傳統上，科學家使用微波場來壓縮和聚焦電子束，但這種方法會導致電子在加速過程中輻射能量，造成束流品質下降。為解決這個問題，SLAC團隊採用雷射整形技術，將數十億電子壓縮到小於一微米的空間內。

「使用雷射的最大優勢在於，我們能實現比微波場更精確的能量調變。」Emma解釋道。但這項技術的挑戰在於，研究人員必須在10公尺的初始距離內完成精確整形，然後讓電子束在近一公里的傳輸過程中保持調變狀態。

經過數月的測試與調整，研究團隊現在能穩定產生飛秒級、拍瓦峰值功率的高能電子束，其電流強度是先前技術的五倍。這種新型電子束將讓科學家能以前所未有的精度探索量子物理、材料科學和天體物理等領域的現象。

舉例來說，在天體物理學研究中，這種電子束可被導向固體或氣體目標，創造出類似恆星中觀察到的絲狀結構。「我們知道這些絲狀結構存在，但現在我們能在實驗室中以前所未有的功率水平測試它們的形成與演化過程。」Emma說。

FACET-II的其他研究人員已開始運用這種更強大的電子束來推進電漿尾波場技術。Emma特別期待進一步壓縮這些電子束來製造阿秒光脈衝，這將增強LCLS現有的阿秒能力，推動更多開創性研究。

「如果你把電子束當作快速相機，同時又擁有極短的光脈衝，突然間你就擁有兩種互補的探測工具。」Emma解釋道，「這是獨特的能力，我們可以用它來做很多事情。」

這項研究獲得美國能源部科學辦公室支援，FACET-II和LCLS都是能源部科學辦公室的使用者設施。研究團隊對這項新技術帶來的可能性感到振奮，Emma表示：「FACET-II是個令人興奮的研究設施，歡迎各界前來進行實驗。如果你需要極端電子束，我們已經準備好工具，讓我們一起合作吧！」