最高電流和最高峯值功率拍瓦級電子束問世

科技日報訊 （記者劉霞）美國斯坦福國家加速器實驗室團隊創造了有史以來最高電流、最高峯值功率的拍瓦級電子束。這束電子脈衝雖然持續時間僅千萬億分之一秒，卻攜帶10萬安培電流。這種拍瓦級電子束有望幫助科學家揭示真空本質。相關論文發表於最新一期《物理評論快報》雜誌。

團隊此次在加速器內發射了一條1毫米長的電子束。這些電子通過真空腔室內的無線電波獲得加速能量。然而，由於前面的電子處於無線電波波形較平緩區段，其獲得的能量低於後面的電子，導致“啁啾”現象。接着，團隊使用磁鐵讓電子束向左、右、右、左快速偏轉，隨後回到原有路徑。低能電子由於偏轉幅度更大，行進路徑更長，使得後方高能電子得以趕上，實現從前到後壓縮電子束。

團隊隨後添加了另一塊磁鐵，使電子束與光交換能量，“啁啾”現象更強烈。他們讓電子束在加速器內往返多次，每次都會讓電子束功率更高，持續時間更短。這種反覆的加速—壓縮循環最終產生了僅0.3微米長的超強電子束，拍瓦級電子束因此誕生。

拍瓦級電子束有望在多個領域“大展拳腳”。例如，位於斯坦福國家加速器實驗室內的直線加速器相干光源，可以通過在波盪器內發射更短、更強大的電子束來使其變得更加明亮，為探測化學過程開闢全新道路。此外，超強電子束也可用於產生等離子體，例如以接近光速從某些恆星爆炸中發射出的物質和輻射射流。

超強電子束還有望揭示真空本質。如果這些電子束產生的電場足夠強大，可能會將粒子-反粒子對從真空中撕裂出來，這是量子物理學預測但從未觀察到的一種現象。團隊計劃衝擊百萬安培級電子束，以實現這一點。