科学家已经成功地研制出一种袖珍的粒子加速器，能够以超过99.99%的光速用激光投射超短电子束。为了达到这个目标，研究人员不得不放慢光的传播速度，以匹配电子的速度，使用一种特别设计的金属化结构，这种结构的内层是比人的头发丝更薄的石英层。这一巨大飞跃式进步能在时间尺度小于10飞秒(10E-15秒)的情况下同时提供测量和操作粒子束。这将使他们能够创建原子运动的频闪照片。这一成功的展示为开发高能, 大电荷, 高质量太赫兹(THz) 驱动加速器铺平了道路，这些加速器有望更便宜, 更紧凑。减少加速器体积和成本, 将使这些好的设备应用在更多更广泛的的地方。

粒子加速器在粒子物理学，材料表征，医院放射治疗等基础研究中有广泛的应用。粒子加速器可用于治疗癌症患者，用于医学成像的放射性同位素以及货物安全检查。这些机器内部的基本技术(射频振荡器)是在第二次世界大战期间为雷达开发的。在今天发表在《Nature Photonics》杂志上的新研究中，一个学术合作小组展示了他们独特的解决方案，那就是是利用激光产生太赫兹频率的光脉冲。太赫兹是介于红外(用于电视遥控器)和微波(用于微波炉)之间的电磁频谱区域。激光产生的THz辐射存在于标准的毫米级波长范围，这使得加速器的结构制造更简单，但最重要的是提供半波长尺度，非常适合加速具有强电荷的电子束。

文章的主要作者，来自University of Manchester的Morgan Hibberd博士说： “主要的挑战是将加速的太赫兹场的速度与几乎光速的电子束速度相匹配，同时防止太赫兹脉冲包络以固有的较低速度穿过我们的加速结构，从而显著避免驱动场和电子相互作用的长度的退化。我们通过开发独特的太赫兹源克服了这一问题，该个太赫兹源产生了更长的脉冲宽度，它只包含较窄的频谱范围，显著增强了相互作用。我们的下一个目标是展示更高的能量增益，同时保持光束质量。我们预计将通过增加太赫兹能量源的约束来实现这一目标。这一切都在顺利进行中。”

共同领导该计划的Lancaster University的Steven Jamison教授解释说：“相对论的粒子束具有太赫兹频率的类激光脉冲，对高速粒子束进行受控加速是粒子加速器发展的一个里程碑。新型粒子加速器的电磁频率超过传统粒子加速器一百倍，在以飞秒时间内控制粒子束获得了革命性的进展。通过展示以 99.99% 的光速运动的粒子加速，我们确认了一个研究方向，就是能够将太赫兹粒子的加速缩放到高度相对论能量的级别。”虽然研究人员着眼于他们的概念性长远的作用，那就是使用长度只有几米长的设备取代数公里规模的研究加速器(比如在欧洲Hamburg的3千米长X射线源)，他们认为这会对无线电治疗和材料表征领域大有帮助。

University of Manchester物理学高级讲师Darren Graham博士说： “如果没有Cockcroft Institute提供的特有的合作环境，实现这一里程碑式进步的是不可能的，该研究所把University of Lancaster、University of Manchester的科学家和工程师以及Daresbury实验室STFC的工作人员聚集了在一起。”

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