第六十三章 不失相尾波场加速
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魏风抓着头发，思考着如何解决激光尾场加速中的失相问题。
目前低能级的粒子对撞机，在高能物理上面，已经是没有什么好研究了，因为绝大部分的成果，大家都摸清楚了。
如果想让高能物理可以更进一步，对撞机至少需要具备Te∨量级的电子能量。
既然激光尾场加速的能力是100GeV/m，那就加速10m不就行了吗?很重要的一个制约因素就是——失相。
相是相位的相，可以把这个尾波的等离子体波，看成是一个近似正弦函数，那么在一个y周期内，前半个周期是电场强度为正，对心减速，后半个周期为负，对电子加速。
因此要将电子限制在后半个周期的加速相位内。
可问题是激光在等离子体中传播，由于色散原因速度达不到光速，因而尾波的速度也到不了光速。
可是GeV能级的电子是非常接近光速的（相对论因子伽马大概为2000），所以电子和尾波之间存在相对速度，电子向前运动慢慢的就跑岀加速相位，进入减速相位，能量便不能再增加了。
失相长度也就在mm到cm量级，这也是为什么目前只能加速到GeV量级。因此失相限制了最高电子能量。
黄明哲突然说道：“要想达到TeV的电子能量，目前只能另辟蹊径。”
“另辟蹊径?你有想法?”
“一次加速不够，那就多加几次。”
魏风想着想着，顿时眼前一亮，不过随即他又摇了摇头：“不行，如果这样做，尾场加速的和传统加速器比起来，有什么区别?”
“……”
黄明哲随即明白了魏风的意思，他提出的多级联合加速方案，即便单级加速能够达到10GeV。
要达到目标的TeV级的对撞机，那么这样的话设备就会非常巨大，成本也会极大的提高，相比于传统加速器的优势就基本体现不出来了。
而且别说100级了，目前也最多可以就做到两级，加速的能量在100MeV能级，相比于1TeV的目标小得可怜。
原因就在于太难，多个激光尾场加速级需要在飞秒和微米的时间和空间尺度上精确匹配。
高能电子的速度基本非常接近光速了，不失相就要求激光在等离子中的传播速度是光速了。
而等离子体是色散介质，怎么可能实现光速呢?黄明哲苦恼的咬着笔头。
不过魏风倒是被黄明哲的想法启发到，他在草稿纸上写写画画着。
草稿纸上如同鬼画符一样，只魏风自己知道是啥东西。
“明哲有一些想法，我需要你来计算。”
“没问题。”
魏风说了自己的想法，黄明哲飞快的心算起来，他不断的计算出数据，而魏风则不断的修改方案。
一个星期之后。
“大功告成！”
俩人看着电脑上面模拟出来的模型。
右边的是一个阶梯镜，三维情况下是很多个环组成的，每一个环的深度不同，不在一个平面上。
这样入射的光被反射出来后就会形成一系列光环，环与环之间实现不同的∨延迟。
然后很多这样的环入射到左边的抛物面聚焦镜上，而这个聚焦镜是特殊设计的，一般聚焦激光束的时候，不会改变激光束的脉宽。
可是这个聚焦镜神奇的地方，在于能够把不同径向位置的光，聚焦到不同的纵向位置上。
这样配合阶梯镜，可以把不同环（对应不同时间延迟）的光聚焦到不同的焦点位置，极大的延伸焦点的长度。
这样做的目的是能够使得焦点的有效速度为光速。
简单来说，就是把一个光环聚焦到一个位置上，产生尾波场加速电子至非常接近光速。
当电子在这个尾波场内达到失相的时候，下个环的光被聚焦到电子刚好传播到的地方，而时间延迟是可以通过精确调节阶梯镜上环的深度而做到的，这样电子又进入了第二个光环产生的第二个尾波场。
以此类推，假设每个激光环将电子加速到10GeV，只需要100个环就能将电子加速到1TeV了。
俩人的计算表明只需要45米就可以实现10Tev的电子加速了，4.5米的加速距离，就可以将能级提升到1TeV。
而西洲联盟的大型粒子对撞机，其设计的最大能级是单向7TeV，双向14TeV。
也就是说，如果按照黄明哲和魏风俩人的方案，要实现14TeV的总能级，只需要63米长度的加速场。
而西洲联盟那个大型粒子对撞机，总长度是27公里。
27公里和63米，差别是多大?将近428倍的区别，那个造价就更加不用想了。
西洲联盟那台前前后后一共耗费了80多亿美刀，而每一年的使用和维护费大约是10亿美刀，这个数字想想就可怕。
这个世界还真没有几个势力可以玩得起这种大玩具，除了西洲联盟，就华国、米国、东瀛这几个国家可以拿的出。
至于国内科学院高能物理研究所计划的那个长度100公里的超大型粒子对撞机，他只能说想想就好。
“明哲，激光器那边怎样?”
“我昨天问了一下，现在只实现了670J能级，距离目标3000J还有一大段距离。”
“已经实现了670J了?咱们的材料研究所也太给力了吧?”魏风可没有觉得慢，反而是觉得非常快。
“快吗?我觉得一般般。”黄明哲笑道。
“人言否?你这话让其他研究材料的人听到，他们可能要死给你看。”魏风苦笑道。
“我们准备一下，一边打造一个小型的测试型，一边完成论文。”
“OK。”
这种理论物理，黄明哲并不想隐瞒下来，毕竟空中楼阁再漂亮，没有材料一样只是摆设。
思维社只需要掌握材料这个核心，别人只能干瞪眼。
在二十多个研究员的帮助下，物理研究所花费了两百多万，完成了一个小型的实验激光尾场加速器，尽管能级非常小。
但是用来验证他们的方案，那是绰绰有余的，现在没有高能超短脉冲，打造大型激光尾场加速器也是摆设。
“启动设备。”
一众研究员心潮澎湃，高能物理在场的研究员谁不了解，他们没有想到，竟然可以在私人企业看到。
“激光器输入稳定。”
“激光自动矫正系统启动。”
“正在计算尾场末端输出能级。”
“能级为4GeV。”
啪啪啪……一众研究员一边鼓掌一边鬼哭狼嚎起来。
魏风和黄明哲相视一笑，显然一切都在他们的预料之中。
“大家安静一下，先多实验几次。”黄明哲吩咐道。
“好。”
随着实验的进行，论文的预测数据和实验数据基本一致，将论文小改之后。
这篇名为《不失相尾波场加速》的论文，被发往物理学报编辑部。
魏风抓着头发，思考着如何解决激光尾场加速中的失相问题。
目前低能级的粒子对撞机，在高能物理上面，已经是没有什么好研究了，因为绝大部分的成果，大家都摸清楚了。
如果想让高能物理可以更进一步，对撞机至少需要具备Te∨量级的电子能量。
既然激光尾场加速的能力是100GeV/m，那就加速10m不就行了吗?很重要的一个制约因素就是——失相。
相是相位的相，可以把这个尾波的等离子体波，看成是一个近似正弦函数，那么在一个y周期内，前半个周期是电场强度为正，对心减速，后半个周期为负，对电子加速。
因此要将电子限制在后半个周期的加速相位内。
可问题是激光在等离子体中传播，由于色散原因速度达不到光速，因而尾波的速度也到不了光速。
可是GeV能级的电子是非常接近光速的（相对论因子伽马大概为2000），所以电子和尾波之间存在相对速度，电子向前运动慢慢的就跑岀加速相位，进入减速相位，能量便不能再增加了。
失相长度也就在mm到cm量级，这也是为什么目前只能加速到GeV量级。因此失相限制了最高电子能量。
黄明哲突然说道：“要想达到TeV的电子能量，目前只能另辟蹊径。”
“另辟蹊径?你有想法?”
“一次加速不够，那就多加几次。”
魏风想着想着，顿时眼前一亮，不过随即他又摇了摇头：“不行，如果这样做，尾场加速的和传统加速器比起来，有什么区别?”
“……”
黄明哲随即明白了魏风的意思，他提出的多级联合加速方案，即便单级加速能够达到10GeV。
要达到目标的TeV级的对撞机，那么这样的话设备就会非常巨大，成本也会极大的提高，相比于传统加速器的优势就基本体现不出来了。
而且别说100级了，目前也最多可以就做到两级，加速的能量在100MeV能级，相比于1TeV的目标小得可怜。
原因就在于太难，多个激光尾场加速级需要在飞秒和微米的时间和空间尺度上精确匹配。
高能电子的速度基本非常接近光速了，不失相就要求激光在等离子中的传播速度是光速了。
而等离子体是色散介质，怎么可能实现光速呢?黄明哲苦恼的咬着笔头。
不过魏风倒是被黄明哲的想法启发到，他在草稿纸上写写画画着。
草稿纸上如同鬼画符一样，只魏风自己知道是啥东西。
“明哲有一些想法，我需要你来计算。”
“没问题。”
魏风说了自己的想法，黄明哲飞快的心算起来，他不断的计算出数据，而魏风则不断的修改方案。
一个星期之后。
“大功告成！”
俩人看着电脑上面模拟出来的模型。
右边的是一个阶梯镜，三维情况下是很多个环组成的，每一个环的深度不同，不在一个平面上。
这样入射的光被反射出来后就会形成一系列光环，环与环之间实现不同的∨延迟。
然后很多这样的环入射到左边的抛物面聚焦镜上，而这个聚焦镜是特殊设计的，一般聚焦激光束的时候，不会改变激光束的脉宽。
可是这个聚焦镜神奇的地方，在于能够把不同径向位置的光，聚焦到不同的纵向位置上。
这样配合阶梯镜，可以把不同环（对应不同时间延迟）的光聚焦到不同的焦点位置，极大的延伸焦点的长度。
这样做的目的是能够使得焦点的有效速度为光速。
简单来说，就是把一个光环聚焦到一个位置上，产生尾波场加速电子至非常接近光速。
当电子在这个尾波场内达到失相的时候，下个环的光被聚焦到电子刚好传播到的地方，而时间延迟是可以通过精确调节阶梯镜上环的深度而做到的，这样电子又进入了第二个光环产生的第二个尾波场。
以此类推，假设每个激光环将电子加速到10GeV，只需要100个环就能将电子加速到1TeV了。
俩人的计算表明只需要45米就可以实现10Tev的电子加速了，4.5米的加速距离，就可以将能级提升到1TeV。
而西洲联盟的大型粒子对撞机，其设计的最大能级是单向7TeV，双向14TeV。
也就是说，如果按照黄明哲和魏风俩人的方案，要实现14TeV的总能级，只需要63米长度的加速场。
而西洲联盟那个大型粒子对撞机，总长度是27公里。
27公里和63米，差别是多大?将近428倍的区别，那个造价就更加不用想了。
西洲联盟那台前前后后一共耗费了80多亿美刀，而每一年的使用和维护费大约是10亿美刀，这个数字想想就可怕。
这个世界还真没有几个势力可以玩得起这种大玩具，除了西洲联盟，就华国、米国、东瀛这几个国家可以拿的出。
至于国内科学院高能物理研究所计划的那个长度100公里的超大型粒子对撞机，他只能说想想就好。
“明哲，激光器那边怎样?”
“我昨天问了一下，现在只实现了670J能级，距离目标3000J还有一大段距离。”
“已经实现了670J了?咱们的材料研究所也太给力了吧?”魏风可没有觉得慢，反而是觉得非常快。
“快吗?我觉得一般般。”黄明哲笑道。
“人言否?你这话让其他研究材料的人听到，他们可能要死给你看。”魏风苦笑道。
“我们准备一下，一边打造一个小型的测试型，一边完成论文。”
“OK。”
这种理论物理，黄明哲并不想隐瞒下来，毕竟空中楼阁再漂亮，没有材料一样只是摆设。
思维社只需要掌握材料这个核心，别人只能干瞪眼。
在二十多个研究员的帮助下，物理研究所花费了两百多万，完成了一个小型的实验激光尾场加速器，尽管能级非常小。
但是用来验证他们的方案，那是绰绰有余的，现在没有高能超短脉冲，打造大型激光尾场加速器也是摆设。
“启动设备。”
一众研究员心潮澎湃，高能物理在场的研究员谁不了解，他们没有想到，竟然可以在私人企业看到。
“激光器输入稳定。”
“激光自动矫正系统启动。”
“正在计算尾场末端输出能级。”
“能级为4GeV。”
啪啪啪……一众研究员一边鼓掌一边鬼哭狼嚎起来。
魏风和黄明哲相视一笑，显然一切都在他们的预料之中。
“大家安静一下，先多实验几次。”黄明哲吩咐道。
“好。”
随着实验的进行，论文的预测数据和实验数据基本一致，将论文小改之后。
这篇名为《不失相尾波场加速》的论文，被发往物理学报编辑部。