激光等離子體尾波可以承載比射頻加速腔高三個量級的場強(qiáng)（~GV/cm），被視為未來TeV正負(fù)電子對撞機(jī)的潛在加速方案，在世界范圍內(nèi)被廣泛研究。由于單束激光能量有限，要獲得TeV能量的電子加速就必須攻克多束激光尾波加速的級聯(lián)技術(shù)，這是本領(lǐng)域當(dāng)前面臨的重大挑戰(zhàn)，歐盟和美國均將其列入粒子物理和加速器物理戰(zhàn)略研究報告。 ,S~A]uH'  
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2016年美國勞倫斯伯克利國家實驗室通過引入等離子體鏡對超強(qiáng)激光進(jìn)行反射導(dǎo)引，利用等離子體透鏡對電子束進(jìn)行聚焦再注入，首次實驗展示了級聯(lián)尾波加速的可行性，相關(guān)文章發(fā)表在【Nature, 530, 190 (2016)】上。然而由于等離子體透鏡的色散性質(zhì)，該方案在實驗中獲得的電子耦合效率為3.5%。為解決上述問題，2018年上海交大陳民團(tuán)隊與合作者提出了基于彎曲等離子體通道激光導(dǎo)引的新型激光尾波級聯(lián)加速方案【PRL, 120, 154801 (2018)】，由于舍棄了等離子體透鏡色散元件，此方案理論上不同級聯(lián)加速段之間的電子束耦合效率可達(dá)100%。2019年在國家自然科學(xué)基金重大項目支持下，該團(tuán)隊開展了實驗驗證研究。 c:s[vghH^#  
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近來，該團(tuán)隊在國際上率先實驗驗證了曲率漸變的彎曲等離子體通道對超強(qiáng)激光的導(dǎo)引，觀察到彎曲通道中的尾波加速。實驗中，他們與武漢大學(xué)曹強(qiáng)教授團(tuán)隊合作，利用飛秒激光刻蝕技術(shù)，在藍(lán)寶石基片上成功制備出曲率漸變的彎曲毛細(xì)管。該毛細(xì)管具有極高的耐燒蝕性，可以承載等離子體的高溫和強(qiáng)激光的燒蝕。隨后他們與上海交大劉振宇教授團(tuán)隊合作，合理設(shè)計了毛細(xì)管氣路。通過高壓脈沖放電，團(tuán)隊實現(xiàn)了彎曲等離子體通道的制備，并就通道參數(shù)對氣壓、電壓、放電延遲等參數(shù)的依賴關(guān)系開展了系統(tǒng)性地研究和優(yōu)化，發(fā)展了橫、縱向等離子體密度的單次測量方法，搞清了激光和等離子體通道參數(shù)，以及激光入射參數(shù)對相對論強(qiáng)度激光導(dǎo)引的影響；在此基礎(chǔ)上成功實現(xiàn)了在3厘米長度內(nèi)將聚焦強(qiáng)度超過1020W/cm2的激光脈沖偏折10.4度（如圖1所示），且激光束質(zhì)心的橫向振蕩得到抑制，由此激光束可被平穩(wěn)和高品質(zhì)地導(dǎo)引到直線段。在成功實現(xiàn)強(qiáng)激光彎曲導(dǎo)引的同時，他們在國際上首次實現(xiàn)了彎曲等離子體通道內(nèi)的尾波場激發(fā)，并觀察到近GeV能量的準(zhǔn)單能電子加速（如圖2所示）。 Ie8SPNY-H  
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相關(guān)成果以“Experimental Demonstration of Laser Guiding and Wakefield Acceleration in a Curved Plasma Channel”為題于2023年5月23日發(fā)表在Physical Review Letters上，并被選為“物理亮點（Featured in Physics）”和“編輯推薦（Editors’ Suggestion）”。Physical Review Letters期刊審稿人對該工作給出了高度評價，認(rèn)為“這是第一個彎曲等離子體通道內(nèi)激光導(dǎo)引和電子加速的實驗驗證。該研究有望提供一個完美緊湊的解決方案，開辟通向多級激光等離子體加速器之路。級聯(lián)是獲得超過10GeV電子能量的必經(jīng)之路，在未來有可能建造出一個對高能物理有意義的緊湊型加速器”；“該文中所用的特殊設(shè)計的彎曲等離子體通道，有潛力應(yīng)用于其它領(lǐng)域，如同步輻射源、主動型等離子體透鏡等”。 eEeK ]8@  
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論文第一作者為上海交通大學(xué)物理與天文學(xué)院的博士研究生祝昕哲和副研究員李博原，通訊作者為劉峰副研究員、陳民教授和張杰院士。該項研究是新型級聯(lián)尾波加速方案的第一步關(guān)鍵性驗證，接下來團(tuán)隊將在激光等離子體教育部重點實驗室即將建成的200+300TW雙百太瓦激光等離子體研究平臺上開展雙束激光的級聯(lián)尾波加速研究。 9Dyy&$s  
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本研究得到國家自然科學(xué)基金重大項目、杰出青年科學(xué)基金項目和中科院先導(dǎo)項目的資助，計算資源得到上海交通大學(xué)Π超算中心的支持。 5o0H7k]  

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論文鏈接：https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.130.215001