最高电流和高峰值功率拍瓦级电子束问世

研究示意图。图片来源：物理学家组织网

美国斯坦福国家加速器实验室团队创造了有史以来最高电流、最高峰值功率的拍瓦级电子束。这束电子脉冲虽然持续时间仅千万亿分之一秒，却携带10万安培电流。这种拍瓦级电子束有望帮助科学家揭示真空本质。相关论文发表于最新一期《物理评论快报》杂志。

团队此次在加速器内发射了一条1毫米长的电子束。这些电子通过真空腔室内的无线电波获得加速能量。然而，由于前面的电子处于无线电波波形较平缓区段，其获得的能量低于后面的电子，导致“啁啾”现象。接着，团队使用磁铁让电子束向左、右、右、左快速偏转，随后回到原有路径。低能电子由于偏转幅度更大，行进路径更长，使得后方高能电子得以赶上，实现从前到后压缩电子束。

团队随后添加了另一块磁铁，使电子束与光交换能量，“啁啾”现象更强烈。他们让电子束在加速器内往返多次，每次都会让电子束功率更高，持续时间更短。这种反复的加速—压缩循环最终产生了仅0.3微米长的超强电子束，拍瓦级电子束因此诞生。

拍瓦级电子束有望在多个领域“大展拳脚”。例如，位于斯坦福国家加速器实验室内的直线加速器相干光源，可以通过在波荡器内发射更短、更强大的电子束来使其变得更加明亮，为探测化学过程开辟全新道路。此外，超强电子束也可用于产生等离子体，例如以接近光速从某些恒星爆炸中发射出的物质和辐射射流。

超强电子束还有望揭示真空本质。如果这些电子束产生的电场足够强大，可能会将粒子-反粒子对从真空中撕裂出来，这是量子物理学预测但从未观察到的一种现象。团队计划冲击百万安培级电子束，以实现这一点。