```html
Вэй Фэн хватался за свои волосы, размышляя о том, как решить проблему фазового сдвига в лазерной волновой активации.
В настоящее время в низкоэнергетических коллайдерах нет ничего интересного для изучения в области высоких энергий, поскольку большинство результатов уже хорошо понятны.
Если вы хотите, чтобы высокоэнергетическая физика сделала шаг вперед, коллайдер должен иметь хотя бы электронную энергию порядка ТэВ.
С учетом того, что возможностей лазерной волновой активации достаточно для создания ускорения в 100 ГэВ/м, разве не достаточно ускорить его на 10 м? Очень важное ограничение - фазовый сдвиг.
Фаза - это фаза фазы. Плазменная волна этого хвостового волнения может рассматриваться как приближенная синусоида. В течение одного цикла электрическое поле положительно в первой половине цикла и замедляется к центру, а во второй половине цикла - отрицательно, ускоряя электроны.
Поэтому электроны ограничены фазой ускорения только во второй половине цикла.
Но проблема заключается в том, что скорость распространения лазера в плазме не может достигать скорости света из-за дисперсии, поэтому волна хвоста не может достичь скорости света.
Тем не менее, электроны на уровне энергии ГеВ очень близки к скорости света (релятивистский фактор гамма составляет около 2000), поэтому между электроном и хвостовой волной существует относительная скорость. Когда электрон движется вперед, он медленно покидает фазу ускорения и переходит в фазу замедления. Энергии больше не может быть добавлено.
Длина фазового сдвига также находится в пределах миллиметров и сантиметров, что и объясняет, почему его можно ускорить лишь до уровня ГеВ. Депаффузия, таким образом, ограничивает максимальную энергию электрона.
Хуан Минчжэ вдруг сказал: «Чтобы достичь энергии электрона в ТэВ, сейчас нам нужно найти другой путь».
«Другой путь? У вас есть идеи?»
«Одного ускорения недостаточно, нужно добавлять еще раз».
Вэй Фэн задумался и вдруг его глаза загорелись, но затем он покачал головой: «Нет, если вы сделаете это, в чем же будет разница между хвостовой активацией и традиционным ускорителем?»
«... »
Хуан Минчжэ сразу понял, что имел в виду Вэй Фэн. Предложенный им многоуровневый совместный план мог бы достичь 10 ГеВ даже при одном уровне ускорения.
Чтобы достичь целевого уровня коллайдера в ТэВ, оборудование должно быть очень огромным, и затраты значительно возрастут. Преимущества по сравнению с традиционными ускорителями, по сути, не будут проявлены.
А о 100 уровнях даже не стоит и говорить - в настоящее время можно достичь лишь двух уровней. Энергия ускорения находится на уровне 100 МэВ, что крайне мало по сравнению с целью в 1 ТэВ.
Причина в том, что это слишком сложно. Несколько уровней лазерной волновой активации должны быть точно согласованы по временным и пространственным масштабам в фемтосекундах и микрометрах.
Скорость высокоэнергетических электронов значительно близка к скорости света. Чтобы избежать потери фазы, скорость распространения лазера в плазме должна быть равна скорости света.
Плазма является дисперсионной средой, так как она может достичь скорости света? Хуан Минчжэ укусил кончик своего пера в унынии.
Тем не менее, Вэй Фэн был вдохновлен идеей Хуана Минчжэ и начал рисовать на черновике.
Черновик выглядел как призрачные чертежи, но Вэй Фэн сам знал, что это такое.
«У Минчжэ есть некоторые идеи, и мне нужно, чтобы вы их подсчитали».
«Не проблема».
Вэй Фэн выразил свои мысли, и Хуан Минчжэ быстро начал считать в уме. Он продолжал рассчитывать данные, в то время как Вэй Фэн постоянно дорабатывал план.
Спустя неделю.
«Готово!»
Оба посмотрели на модель, смоделированную на компьютере.
Та, что справа, является ступенчатым зеркалом. В трехмерном виде оно состоит из множества колец. Каждое кольцо имеет различную глубину и не находится на одной плоскости.
Таким образом, после отражения падающего света образуется серия кольцевых ореолов с различными временными задержками между кольцами.
Затем много таких колец попадает на параболическое фокусирующее зеркало слева, которое специально разработано. Обычно при фокусировке лазерного пучка оно не изменяет ширину импульса лазера.
Но волшебство этого фокусирующего зеркала заключается в том, что оно может фокусировать свет из различных радиальных позиций на различные продольные позиции.
Таким образом, в сочетании со ступенчатым зеркалом, свет из разных колец (соответствующих различным временным задержкам) может быть сфокусирован на различных позициях фокуса, значительно увеличивая длину фокуса.
Цель этого заключается в том, чтобы сделать эффективную скорость фокуса равной скорости света.
Проще говоря, это фокусировка одного кольца света на месте, чтобы создать хвостовое поле, которое ускоряет электроны до скорости, близкой к скорости света.
Когда электрон достигает депофазирования в этом хвостовом поле, свет следующего кольца фокусируется в том месте, где электрон только что прошел, и временная задержка может быть достигнута путем точной настройки глубины кольца на ступенчатом зеркале, чтобы электрон вошел во второе хвостовое поле, созданное вторым ореолом.
По аналогии, предположим, что каждое лазерное кольцо ускоряет электроны до 10 ГеВ, тогда лишь 100 колец потребуется, чтобы ускорить электроны до 1 ТэВ.
Расчеты двух людей показывают, что всего 45 метров необходимо для достижения ускорения электрона до 10 ТэВ, и дистанция ускорения в 4.5 метра может повысить уровень энергии до 1 ТэВ.
Большой коллайдер частиц альянса Сизжоу спроектирован с максимальным уровнем энергии в 7 ТэВ в одном направлении и 14 ТэВ в двух направлениях.
Иными словами, если Хуан Минчжэ и Вэй Фэн следуют плану, для достижения общего уровня энергии в 14 ТэВ потребуется лишь 63-метровое ускоряющее поле.
Общая длина большого коллайдера частиц альянса Сизжоу составляет 27 километров.
В чем разница между 27 километрами и 63 метрами? Разница составляет почти 428 раз, и затраты становятся ненужными.
Машина альянса Сизжоу стоила более 8 миллиардов долларов, а ежегодная плата за использование и обслуживание составляет около 1 миллиарда долларов. Эта сумма пугает, если задуматься над ней.
В мире действительно не так много сил, которые могут позволить себе такую большую игрушку. Кроме Западного Континента, лишь Китай, США и Япония могут это себе позволить.
Что касается супербольшого коллайдера длиной 100 километров, запланированного Институтом высоких энергий Китайской академии наук, можно лишь сказать, что это должно быть хорошо обдумано.
«Минчжэ, как насчет лазера?»
«Я спрашивал об этом вчера. Сейчас он достиг энергии всего в 670 Дж, что все еще далеко от цели в 3000 Дж».
«Вы достигли 670 Дж? Наш Институт исследований материалов действительно невероятен, не правда ли?» Вэй Фэн не считал это медленным, а наоборот, очень быстрым.
«Быстрым? Я думаю, это просто нормально». Хуан Минчжэ улыбнулся.
«Что вы имеете в виду? Если другие исследователи материалов услышат ваши слова, они могут сильно расстроиться». Вэй Фэн горько усмехнулся.
«Давайте подготовимся и построим маленькую тестовую модель, пока завершает статью».
«Хорошо».
Хуан Минчжэ не хотел скрывать такие вещи теоретической физики. В конце концов, сколько бы красивым ни было воздушное замковое строительство, это всего лишь декорация без материалов.
Общество знаний должно овладеть основами материалов, остальные могут лишь наблюдать.
С помощью более двадцати исследователей Институт физики потратил более двух миллионов на создание небольшого экспериментального лазерного хвостового ускорителя, хотя уровень энергии крайне мал.
Но этого более чем достаточно для проверки их плана. В настоящее время нет высокоэнергетических ультракоротких импульсов, и создание крупномасштабного лазерного хвостового ускорителя будет лишь декорацией.
«Запустите устройство».
Все исследователи были в восторге. Никто из присутствующих исследователей высокоэнергетической физики не знал об этом. Они не ожидали, что смогут увидеть это в частном предприятии.
«Лазерный вход стабилен».
«Автоматическая система коррекции лазера включена».
«Рассчитываем уровень выходной энергии в конце хвостового поля».
«Уровень энергии 4 ГэВ».
Бах бах бах... все исследователи начали аплодировать и кричать, как призраки.
Вэй Фэн и Хуан Минчжэ переглянулись и улыбнулись, очевидно, все произошло так, как они и ожидали.
«Все, пожалуйста, успокойтесь и проведите эксперимент еще раз». Хуан Минчжэ отдал команду.
«Хорошо».
По мере продвижения эксперимента предсказанные данные и экспериментальные данные статьи в основном совпадали, и статью немного доработали.
Статья под названием «Ускорение в хвостовом поле без потери фазы» была отправлена в редакцию Acta Physica Sinica.
```
Обновлено: 10.04.2026