小型化反物质加速器打破尺寸限制，开辟新的物理前沿

直线加速器相干光源和大型强子对撞机等设施中的粒子加速器可加速基本粒子（电子和质子）。它们使科学家能够测试多种物理理论，包括寻找超对称理论预测的新粒子以及分析希格斯玻色子的性质。

通常，这是通过粉碎加速粒子以产生更多基本粒子来为所有其他粒子提供质量来完成的。它可用于产生 X 射线激光器，对光合作用等小型超快过程进行成像。

然而，要达到如此高的速度，加速器必须使用长度超过2公里的部件。几年前，伦敦帝国理工学院的科学家开发了一种仅使用米长组件来加速电子的系统。

现在，同一所大学的一位科学家发明了一种技术，可以在长度只有几厘米的系统中加速正电子（电子的反粒子对应物）。

这项新技术可以帮助探索更多物理学之谜，包括暗物质和暗能量的特性，并使硅芯片和飞机的测试更加灵敏。

该方法利用现有激光技术的性质进行建模，覆盖面积近 25 平方米。如果成功证明，它可以使世界各地的众多实验室能够开展加速反物质的实验。

研究人员表示，这项新技术可以大大减小正电子加速的尺寸和成本。目前，同样的实验需要大型物理设施，耗资数千万美元。

自 20 世纪 60 年代初发现以来，直线加速器相干光源和大型强子对撞机等大型设施中使用的策略并没有得到太大改进。它们仍然昂贵且过于复杂。

另一方面，下一代反物质加速器效率更高、更小、更便宜。他们将帮助我们研究新的物理学，使更多的实验室能够加入到这项工作中。

参考：Phys.牧师加速。横梁| doi:10.1103/PhysRevAccelBeams.21.081301 |伦敦帝国学院

该技术涉及使用激光和等离子体来产生、集中和加速反物质以产生光束。厘米长的加速器能够利用现有的激光技术加速具有数千万粒子的正电子束。这些粒子的能级与2公里斯坦福加速器产生的粒子的能级相同。

更具体地说，研究人员使用细胞内粒子模拟来证明现有激光器可以加速数百 MeV pC 准单能正电子。

粒子加速技术基于 2 个激光-等离子体相互作用阶段 |图片来源：Aakash A. Sahai

事实上，它们可以以更高的速率产生希格斯玻色子，让科学家更好地分析其特性。此外，它们还可以通过寻找超对称理论预期的新粒子来解释粒子物理的标准模型。

就实际应用而言，正电子束可以分析多种材料的缺陷和断裂风险，包括飞机发动机叶片、机身和集成芯片。由于反物质与此类材料的相互作用方式不同于电子或 X 射线，因此它们为质量控制过程提供了全新的维度。

阅读：21 世纪的全新物理学 |有趣的理论

根据过去通过类似技术产生光束的经验，研究人员非常确定工作原型将在 2020 年问世。

工业技术