基于三平台等离子体通道的可扩展高效率低能散激光尾场加速器
加速器物理
2023-11-27 v1 等离子体物理
摘要
多拍瓦激光装置的出现有望将单级激光尾场加速器 (LWFA) 中可达到的最大能量增益推进至数十 GeV，这引出一个问题——它是否可能通过提供真正紧凑的粒子对撞机而影响粒子物理？对撞机对束流能量、加速效率与束流质量有着极为严苛的要求。在本文中，我们提出一种 LWFA 方案，首次可同时实现此前未及的从激光到电子束 >20% 的加速效率，以及利用阶梯状等离子体结构与非线性啁啾激光脉冲实现的亚百分之一能散。三维高保真仿真表明，非线性啁啾可有效缓解激光波形畸变并延长加速距离。结合阶梯状等离子体中的级间重定相过程，在固定激光能量下可使束流能量增益变为均匀等离子体中的三倍，从而显著提升效率。一种动态束流负载效应几乎可完全抵消加速过程中出现的能量啁啾，导致亚百分之一能散。该方案高度可扩展，可应用于拍瓦级 LWFA 场景。所获得的标度律表明，在拍瓦激光驱动的 LWFA 中可实现能量增益 >100 GeV、电荷 2 nC、能散 <1% 且激光脉冲到粒子束能量转换效率高的电子束，这可作为未来正负电子对撞机一臂的概念验证基础。
引用
@article{arxiv.2311.14269,
title = {A Scalable, High-Efficiency, Low-Energy-Spread, Laser Wakefield Accelerator using a Tri-plateau Plasma Channel},
author = {Shuang Liu and Fei Li and Shiyu Zhou and Jianfei Hua and Warren B. Mori and Chan Joshi and Wei Lu},
journal= {arXiv preprint arXiv:2311.14269},
year = {2023}
}