科学家们开发出紧凑型的粒子加速器，能够将1000倍的电荷驱动至接近光速。科学家们成功地研发出一款袖珍型粒子加速器，能够以超短的电子束和激光光束将物质投影到超过光速的99.99%。为了实现这一结果，研究人员不得不通过使用一种特制的金属结构，该结构内衬有比人类头发还要细的石英层，来减缓光的速度以匹配电子的速度。这一巨大的飞跃同时提供了在不到10飞秒（1/1000亿秒，或光传播0.01毫米的时间）的时间尺度上同时测量和操控粒子束的能力。这将使他们能够创造原子运动的快闪照片。这一成功的演示铺平了高能、高电荷、高质量泰拉赫兹（THz）驱动加速器的发展道路，这些加速器承诺更便宜且更紧凑。减小加速器技术的尺寸和成本，将使这些令人难以置信的机器更广泛地应用到更多的领域中。粒子加速器广泛应用于粒子物理的基础研究、材料表征、医院的放射治疗（用于治疗癌症患者）、医学图像的放射性同位素制备以及货物的安全检查。然而，支持这些机器的基础技术（射频振荡器）是在二战期间为雷达开发的。正在今天发表的新研究《自然光子学》中，一组学术界合作团队展示了他们的独特解决方案，即使用激光产生太赫兹频率的光脉冲。太赫兹是介于红外和微波之间的电磁波谱区域（红外用于电视遥控器，微波用于微波炉）。激光产生的太赫兹辐射存在于理想的毫米尺度波长范围，使结构制造更简单，更重要的是提供了适合对整个电子束进行高电荷加速的半周期长度。《自然光子学》论文的第一作者曼彻斯特大学的摩根·希伯德博士说：“主要挑战是使加速的太赫兹场的速度与几乎光速的电子束速度匹配，同时防止太赫兹脉冲包络固有的较低速度显著降低驱动场和电子相互作用的距离。”“我们通过开发一种独特的太赫兹源克服了这个问题，该源产生含有一个狭窄频率范围的更长脉冲，显著增强了相互作用。我们的下一个里程碑是在保持束质量的同时展示更高的能量增益。我们预计这将通过正在进行的增加太赫兹源能量的改进来实现。”兰卡斯特大学的合作主任史蒂文·贾米森教授解释道：“用太赫兹频率类似于激光脉冲控制相对论性束流的加速是粒子加速器新方法发展的一个重要里程碑。通过使用比传统粒子加速器高一百倍以上的电磁频率，将在飞秒时间尺度上控制粒子束取得革命性进展成为可能。” “通过我们展示的以99.99%光速运行的粒子进行太赫兹加速，我们确认了将太赫兹加速扩展到高度相对论能量的途径。”虽然研究人员考虑了将其概念在长期内取代多公里尺度的研究加速器（如欧洲汉堡的长约3公里的X射线源）并仅用几米长的装置，但他们预计立即的影响将体现在放射治疗和材料表征领域。曼彻斯特大学物理学高级讲师达伦·格雷厄姆博士说：“没有考克罗夫特研究所提供的独特的合作环境，将无法实现这一里程碑，该研究所帮助汇集了来自兰卡斯特大学、曼彻斯特大学和达斯伯里实验室的科学家和工程师。”。
