魏風抓著頭發,思考著如何解決激光尾場加速中的失相問題。
目前低能級的粒子對撞機,在高能物理上面,已經是沒有什么好研究了,因為絕大部分的成果,大家都摸清楚了。
如果想讓高能物理可以更進一步,對撞機至少需要具備Te∨量級的電子能量。
既然激光尾場加速的能力是100GeV/m,那就加速10m不就行了嗎?很重要的一個制約因素就是——失相。
相是相位的相,可以把這個尾波的等離子體波,看成是一個近似正弦函數,那么在一個y周期內,前半個周期是電場強度為正,對心減速,后半個周期為負,對電子加速。
因此要將電子限制在后半個周期的加速相位內。
可問題是激光在等離子體中傳播,由于色散原因速度達不到光速,因而尾波的速度也到不了光速。
可是GeV能級的電子是非常接近光速的(相對論因子伽馬大概為2000),所以電子和尾波之間存在相對速度,電子向前運動慢慢的就跑岀加速相位,進入減速相位,能量便不能再增加了。
失相長度也就在mm到cm量級,這也是為什么目前只能加速到GeV量級。因此失相限制了最高電子能量。
黃明哲突然說道:“要想達到TeV的電子能量,目前只能另辟蹊徑。”
“另辟蹊徑?你有想法?”
“一次加速不夠,那就多加幾次。”
魏風想著想著,頓時眼前一亮,不過隨即他又搖了搖頭:“不行,如果這樣做,尾場加速的和傳統加速器比起來,有什么區別?”
“……”
黃明哲隨即明白了魏風的意思,他提出的多級聯合加速方案,即便單級加速能夠達到10GeV。
要達到目標的TeV級的對撞機,那么這樣的話設備就會非常巨大,成本也會極大的提高,相比于傳統加速器的優勢就基本體現不出來了。
而且別說100級了,目前也最多可以就做到兩級,加速的能量在100MeV能級,相比于1TeV的目標小得可憐。
原因就在于太難,多個激光尾場加速級需要在飛秒和微米的時間和空間尺度上精確匹配。
高能電子的速度基本非常接近光速了,不失相就要求激光在等離子中的傳播速度是光速了。
而等離子體是色散介質,怎么可能實現光速呢?黃明哲苦惱的咬著筆頭。
不過魏風倒是被黃明哲的想法啟發到,他在草稿紙上寫寫畫畫著。
草稿紙上如同鬼畫符一樣,只魏風自己知道是啥東西。
“明哲有一些想法,我需要你來計算。”
“沒問題。”
魏風說了自己的想法,黃明哲飛快的心算起來,他不斷的計算出數據,而魏風則不斷的修改方案。
一個星期之后。
“大功告成!”
倆人看著電腦上面模擬出來的模型。
右邊的是一個階梯鏡,三維情況下是很多個環組成的,每一個環的深度不同,不在一個平面上。
這樣入射的光被反射出來后就會形成一系列光環,環與環之間實現不同的∨延遲。
然后很多這樣的環入射到左邊的拋物面聚焦鏡上,而這個聚焦鏡是特殊設計的,一般聚焦激光束的時候,不會改變激光束的脈寬。
可是這個聚焦鏡神奇的地方,在于能夠把不同徑向位置的光,聚焦到不同的縱向位置上。
這樣配合階梯鏡,可以把不同環(對應不同時間延遲)的光聚焦到不同的焦點位置,極大的延伸焦點的長度。
這樣做的目的是能夠使得焦點的有效速度為光速。