▲模拟图示中几组正电子正在被集合成束，然后再被加速。
据《物理评论特别专题-加速器和光束》（Physical Review Accelerators and Beams）8月9日刊发的一篇研究论文称，英国伦敦帝国理工学院（Imperial College London）的研究人员已经找到一种方法，可以在比现有粒子加速器内部小1000倍的空间内加速反物质，从而促进针对奇异粒子的科学研究。这一新方法可以用来探索更多物理界的奥秘，比如希格斯玻色子的性质、暗物质和暗能量的本质属性，以及为飞机和电脑芯片提供更灵敏的测试手段等等。该方法已利用现有的激光器特性进行了建模，并计划很快进行实验。如果这项技术得到证实，它将允许世界上更多的实验室进行反物质加速实验。
在欧洲核子研究中心（CERN）的大型强子对撞机（LHC）和美国斯坦福大学（Stanford University）的直线性连续加速器光源（LCLS）等设备中，粒子加速器可以加速质子和电子等基本粒子。然而，为了达到所需的极高速度，加速器需要使用至少两千米的设备。此前，伦敦帝国理工学院的研究人员已发明了一种使用只有几米长的设备来加速电子的手段。但是最近，帝国理工学院的一名研究人员发明了一种更加卓越的方法——在一个只有几厘米长的系统中加速被称为“正电子”（positron）的反物质态的电子。
该加速器目前需要一种约占25平方米的激光系统，不过许多物理实验室已经具备了这种系统。帝国理工学院物理系的阿卡什·萨哈（Aakash Sahai）在这篇论文中详述了他的方法。他介绍道：“这种新的加速器方法可以大大降低反物质加速实验的规模和成本。可能不久之后，目前需要花费数千万美元的大型物理设备才能完成的实验在普通物理实验室中也能实现了。”
尽管该方法目前正在进行实验验证，但萨哈博士相信，基于帝国理工物理系以前制造电子束所使用的类似方法与经验，几年之内就能开发制造出一台应用设备原型。具体来讲，这一方法使用激光和等离子体（带电粒子的气体）来产生和集合正电子，然后再将它们加速以形成正电子束。这个厘米尺寸的加速器可以使用现有的激光器，利用数千万颗粒子来加速正电子束，使其达到斯坦福大学超过两公里的加速器所能达到的能量水平。
让电子和正电子束进行碰撞实验可能会对基础物理学研究产生影响。例如，他们可以制造出比大型强子对撞机更高速的希格斯玻色子，从而让物理学家更好地研究希格斯玻色子的特性。它们还可以用来寻找被认为存在于“超对称”理论中的新粒子，而这种理论将可能填补粒子物理学标准模型中的一些空白。另外，正电子束流也有实际的应用方向。比如，目前在检查评估飞机机身、发动机叶片和计算机芯片等材料的故障可能和断裂风险时，采用的是X射线或电子束；然而，正电子与这些物质材料的相互作用方式不同于X射线和电子束，这将为质量控制过程和手段提供另一个维度中的可能性。
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编译：朱明逸 审稿：西莫 责编：张梦
期刊来源： 《物理评论特别专题-加速器和光束》
期刊编号： 2469-9888
原文链接： https://phys.org/news/2018-08-mini-antimatter-rival-large-hadron.html
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