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2025 年 2 月，美国 SLAC 国家加速器实验室的科学家们创造了一项世界纪录——他们将大量高能量电子压缩到极短时间内，获得了史上最强电流、最高峰值功率的电子束。
这种超快超强的电子束不仅能在化学反应和天体物理等领域大显身手，还可能用于探索真空的本质。那么，究竟什么是电子束脉冲？这次突破又有哪些亮点呢？
突破点在哪？
电子束脉冲是由高能电子组成的短时间高强度电子流，常用于科研与工业。这次实验的最大亮点在于脉冲时间和电流强度达到了前所未有的水平。
简单来说，科学家们把电子加速到约 100 亿电子伏特，把 10 亿个这样的电子压缩到仅 1 飞秒（即一千万亿分之一秒）的时间内，瞬间电流达到 10 万安培，功率达到拍瓦级（一万亿千瓦）。这一功率相当于 100 万座核电站同时运行，但持续时间极短。
如何做到的？
SLAC 的科学家们通过一系列复杂操作实现了这一壮举。首先，他们利用 FACET-II 设施提供初始电子束，随后通过微波加速腔将其加速至 100 亿电子伏特，并使用三个束流压缩器逐步缩小电子束的长度。
关键在于激光加热器的作用。它通过精心设计的激光脉冲改变电子的能量分布，形成所谓的“啁啾”现象，即不同电子具有不同的能量和速度。科学家利用这一特性，通过调节电子的能量分布，最终将电子束压缩成仅 0.3 微米长的超短脉冲。
应用前景广阔
拍瓦级电子脉冲的应用潜力巨大，从基础科学到实际技术都能派上用场。例如，它可以模拟宇宙极端环境，研究强场量子电动力学，甚至可能用于探测真空的本质。
科学家表示，虽然目前的成果已将电子束脉冲缩短了 5 倍，但为了进一步验证量子物理学的预言，还需继续努力，将脉冲缩短更多倍。他们计划用等离子体单元替代激光器，开发更复杂的啁啾调制方案。
这项技术的进步无疑会推动高能物理和基本粒子物理学的发展，或许还能催生新一代光源和粒子加速器。
