科學家已經成功開發了一種袖珍型粒子加速器，能夠以超過光速99.99%的速度投射超短電子束的激光。為了達到這個結果，研究人員不得不使用特殊設計的金屬結構，并排以比人的頭發還要薄的石英層，以減慢光線的速度以適應電子的速度。

這種巨大的飛躍同時提供了在少于10飛秒（0.000 000 000 000 01秒，或者花費很短的時間行進1/100毫米）的時間范圍內測量和操縱粒子束的能力。這將使他們能夠創建原子運動的頻閃照片。

這次成功的演示為開發高能，高電荷，高質量太赫茲（THz）驅動的加速器鋪平了道路，該加速器有望更便宜，更緊湊。減小加速器技術的尺寸和成本，將使這些令人難以置信的機器向更廣泛的應用領域開放。

粒子加速器廣泛應用于粒子物理學的基礎研究，材料表征，醫院的放射療法中，用于治療癌癥患者，用于醫學成像的放射性同位素生產以及貨物安全檢查。但是，支持這些機器的基本技術（射頻振蕩器）是在第二次世界大戰期間為雷達開發的。

在今天發表在《自然光子學》上的一項新研究中，一個由學者組成的合作團隊表明，他們獨特的解決方案是使用激光產生太赫茲頻率的光脈沖。太赫茲是介于紅外（用于電視遙控器）和微波（用于微波爐）之間的電磁頻譜區域。激光產生的太赫茲輻射存在于理想的毫米級波長范圍內，使結構的制造更為簡單，但最重要的是提供了半周期長度，該周期長度非常適合于加速帶有高電荷水平的整個電子束。

曼徹斯特大學的論文的主要作者Morgan Hibberd博士說：“主要挑戰是使加速的太赫茲場的速度與幾乎光速的電子束速度相匹配，同時還要防止固有的較低的電子束速度。太赫茲脈沖包絡線從我們的加速結構中傳播，大大降低了驅動場和電子相互作用的長度?！?/p>

“我們通過開發獨特的太赫茲源克服了這個問題，該源產生的長脈沖僅包含一個窄范圍的頻率，從而顯著增強了相互作用。我們的下一個里程碑是在保持光束質量的同時展示更高的能量增益。我們希望這將通過以下方式實現已進行改進以提高我們的太赫茲源能量，”。

蘭卡斯特大學的史蒂芬·賈米森教授（Steven Jamison）是該計劃的聯合負責人，他解釋說：“用太赫茲頻率的類激光脈沖對相對論光束進行受控加速，是開發新的粒子加速器方法的里程碑。在使用電磁頻率高一百倍的情況下與傳統的粒子加速器相比，飛秒時間尺度上的粒子束控制有了革命性的進步?！?/p>

“通過對以光速99.99%傳播的粒子進行太赫茲加速度的演示，我們已經確認了將太赫茲加速度縮放為高度相對論能量的途徑?！?/p>

盡管研究人員注視著他們的概念在用多米長的設備代替多公里規模的研究加速器（例如歐洲3公里長的漢堡X射線源）方面的長期作用，但他們希望立即產生影響屬于放射治療和材料表征領域。

曼徹斯特大學物理高級講師Darren Graham博士說：“沒有Cockcroft研究所提供的獨特的協作環境，實現這一里程碑是不可能的。Cockcroft研究院幫助匯集了來自蘭開斯特大學的科學家和工程師，曼徹斯特大學和STFC的Daresbury實驗室工作人員。”