■本报记者 倪思洁
在科幻小说《三体》中，三体人用“智子”干扰人类粒子加速器，以便阻碍地球人的发展。估计在三体人眼中，粒子加速器算得上是人类科技发展最得力的工具了。
一直以来，人类对于升级改造加速器乐此不疲。5月26日凌晨，在欧洲核子研究中心（CERN），新一代加速器——AWAKE项目，在世界上首次通过质子束穿越等离子体产生尾波场，并成功演示了电子束的注入与加速。8月29日，这项研究成果发表于《自然》杂志[1]。
AWAKE项目名为“先进尾波场实验”，是新一代高能加速器的原理论证研发项目，致力于研究如何通过高能质子束驱动的尾波场使电子束在短距离内获得高能量。
“这个进展是高能尾波加速器发展的一个里程碑。不过，作为尾波加速器的新成员，AWAKE未来需要在高梯度、高效率、高品质加速等方面进一步展示其发展潜力。”清华大学工程物理系教授、等离子体尾波加速专家鲁巍告诉《中国科学报》记者。
冲个浪 活力旺
自从20世纪发明粒子加速器以来，加速器不仅是人类探知微观世界的触角，也改变了人类的生产生活方式，比如说加速器可以为癌症患者杀死癌细胞，可以给牛奶盒、薯片袋封口等。
不过，对于高能粒子物理来说，粒子加速器能量越高，越能帮助人类发现“超乎想象”的物理现象，因此，提升加速器能量一直是科学家们的追求。
传统的加速器要想让粒子被加速得更快，就必须给粒子更长的跑道，因此，知名的加速器基本都是几百米甚至几公里的庞然大物，欧洲大型强子对撞机（LHC）的粒子加速器，周长27公里，可以让被加速后的粒子以近乎光速对撞。
近几十年，科学家开始想办法另辟蹊径，系统地发展一种可以将加速器小型化的形式发表关于验证高效率低能散尾波加速方案的成果[3]，证实了电子束驱动尾波在高品质加速方面的优势。

激光驱动的尾波加速器常见的加速梯度在每米1000亿电子伏特左右。鲁巍表示，当前，加速的能量纪录约 70亿电子伏特，而实现这一加速只需要0.1米左右较高密度的等离子体和一台普通房间大小的超短超强激光器。
“和一般尾波加速器超出传统加速器百倍到万倍的加速梯度相比，AWAKE目前的加速梯度略显微不足道。”鲁巍说。
不过，电子束或激光驱动的尾波加速器虽然加速梯度更大，但AWAKE副发言人Matthew Wing表示，要获得超高能量，电子束或激光驱动的尾波加速器有必要将一个个较短的等离子体腔连接到一起，而实现这些腔体的高品质级联是一个挑战。
记者了解到，在接下来的5年里，AWAKE的研究人员希望提高加速器的梯度，使得加速器在10米到20米内达到大约1000亿电子伏特。
挑战之二是电子注入俘获效率问题。鲁巍表示，AWAKE目前实现电子束注入的俘获效率在0.1%以下，即每1000个电子从传统的电子加速器出来，只有不到1个能被注入到等离子体腔里。
当然，俘获效率低的问题并非AWAKE独有。2016年2月，《自然》杂志发表了美国劳伦斯伯克利国家实验室实现两个腔体级联的成果[4]，但从第一个腔体中穿出的电子注入到第二个腔体时，效率只有3%至5%。
之所以如此，是因为被注入的电子束要从孔径非常小的洞里穿进第二个腔体，就好比要将一根棉线快速穿进一根绣花针，想穿得又快又准是很难的。
不过，注入俘获效率并非尾波加速器难以逾越的障碍。鲁巍向记者透露，目前清华大学研究团队已经取得突破，实现了从传统加速器到激光尾波加速器的级联与加速，并获得了接近100%注入俘获效率。8月中旬，研究团队应邀在美国举办的先进加速概念国际大会（AAC）上就该成果作了大会报告。
虽然AWAKE面临诸多挑战，但从近年来尾波加速相关研究突破不断的态势看，新的突破仍值得期待。
“未来5至10年，尾波加速的一般应用将在世界范围内迎来高潮。未来20年，超高能尾波加速器也将逐步走向成熟。”鲁巍表示，在非高能加速领域，激光尾波、电子束驱动尾波加速器的关键技术已日趋成熟，有望在3至5年内在科研和工业等领域实现初步应用，而面向高能物理应用的超高能尾波加速器，则需要更长的时间发展和完善。
相关论文信息：
[1] DOI:10.1038/s41586-018-0485-4
[2] DOI：10.1038/nature05538
[3] DOI：10.1038/nature13882
[4]DOI: 10.1038/nature16525
《中国科学报》 (2018-09-04 第3版 国际)

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顶起！听说过这种，应该是目前效率最高的加速方式了~

给薯片袋封口是用加速器？，能顶起来吗

楼主你好，能告诉我这个中科报在哪找的吗，我在新浪微博看到了，但内容和你的不一样啊