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世界最小粒子加速器问世，将电子移动速度增至每秒10万公里

未来某天，一个强大微型粒子加速器可能装在你的口袋里。物理学家首次建造出第一台纳米光子电子加速器，既可加速电子，又能将它们限制在可控光束中而非随意喷射，这是微型加速器更广泛应用的关键一步。

当人们听到“粒子加速器”，多数反应都是欧洲核子研究组织的大型强子对撞机（LHC）：一条长约 27 公里的环形隧道，让来自世界各地的研究人员钻研各种基本粒子性质。

不过日常生活其实也会遇到粒子加速器，比如医学影像拍摄、肿瘤放射治疗设备等，这些设备体积大，性能还有改善空间且价格昂贵。

为了改进、缩小现有设备尺寸，全球物理学家正在研究介电雷射加速器，也称为纳米光子加速器，若粒子加速设备能小型化，代表我们在一张桌子就能制造高能电子，将替医学与科学开辟全新可能性。

而德国埃尔朗根-纽伦堡大学（FAU）物理学家 Peter Hommelhoff 团队最近就带来创举，成功展示全球第一个纳米级光子电子加速器，长度仅 0.5 毫米、宽度仅 225 纳米。

电子引导 + 加速 = 粒子加速器

2 年多前，团队首先取得一个重大突破：利用交替相位聚焦（alternating phase focusing，APF）方法控制真空通道内电子远距流动，这是建造粒子加速器第一步，只要加速就可让粒子获得大量能量。

再来，研究人员用硅制作数千个 2 微米高的“柱子”，排列成 2 条平行线，每条长 0.2 毫米，看起来就像微型摩天大楼，接着将超短雷射脉冲从上方照射这条柱状“跑道”，同时从侧面注入电子，随着雷射发出的光与柱子相互作用产生电磁场、为通过的电子提供巨大能量，最终电子聚集成狭窄光束，成功以每秒超过十万公里的速度加速穿过结构。

这对一般人来说听起来不是什么大事，但对加速器领域来说是个巨大成就，因为科学家在一个超小加速器上获得 12keV 能量，或者说能量增益 43%。（虽然与大型强子对撞机相比仍是小巫见大巫）

不过若想达到医学应用程度，能量增益需增加约 100 倍，因此团队下一步将继续尝试扩展结构，或放置多个彼此相邻的通道以产生更高能量。

新论文发表在《自然》（Nature）期刊。