讓粒子沒有時間失去能量！新對撞機或將把量子理論推向極端！

將基本粒子束相互撞擊的新想法可能揭示出，在極端條件下，光和物質是如何相互作用的，這些極端條件可能存在於奇特的天體物理物體表面，可能存在於強大的宇宙光爆發和恆星爆炸中，可能存在於下一代粒子對撞機中，也可能存在於高溫、密集的聚變等離子體中。大多數這樣的相互作用在自然界是非常成功地描述了一個稱為量子電動力學(QED)的理論。然而，目前的理論形式並不能幫助預測超大電磁場中的現象。

在發表在《物理評論快報》(Physical Review Letters)上的一項研究論文中，美國能源部SLAC國家加速器實驗室(SLAC National Accelerator Laboratory)研究人員及其同事提出了一個新的粒子對撞機概念，該概念將使我們能夠研究這些極端效應。極端磁場會吸收粒子束碰撞產生的能量，而粒子束碰撞是一種不必要的損失，通常通過將粒子束束成相對較長的扁平束並控制電磁場強度來減輕這種損失。

（博科園-圖示）模擬結果表明了一種新的球形電子束碰撞方法，它可以讓科學家們在極強的電磁場(紅色區域)中測試量子電動力學，這是一種描述光和物質相互作用的理論。這樣的實驗可以探索有趣現象，包括電子-電子碰撞中產生高密度伽馬射線束(黃色)的碰撞。圖片：Physical Review Letters

相反，新的研究表明，讓粒子束如此之短，以至於它們沒有足夠的時間失去能量。這樣的對撞機將提供一個機會來研究與極端場相關的有趣效應，包括粒子束中出現的光子碰撞。這項研究是SLAC研究人員的合作，還包括普林斯頓大學，葡萄牙里斯本大學，德國杜塞爾多夫大學，以及俄羅斯梅菲國立核研究大學。該項目的部分資金來自美國能源部科學辦公室的早期職業研究計劃獎。

一個關於探索極限場量子電動力學(QED)和它所創造物理現象的研討會將於夏末在SLAC舉行。研究人員證明了用100ev級粒子對撞機探測量子電動力學完全非擾動狀態的實驗可行性。通過使用緊密壓縮和聚焦的電子束，可以減輕束輻射損失，讓粒子體驗到極端的電磁場。三維胞內粒子模擬驗證了該方法的可行性。所設想的實驗前沿有潛力建立一個新的研究領域，並刺激這一尚未探索的強場量子電動力學機制的新理論方法論發展。

博科園｜研究/來自：SLAC國家加速器實驗室

參考期刊《物理評論快報》

DOI: 10.1103/PhysRevLett.122.190404

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