神奇的超高压极化电子枪 可将电子激发至近光速

  近日，美国能源部布鲁克海文国家实验室的科学家设计并测试了世界上电压最高的极化电子枪，这是建造世界上第一台全极化电子离子对撞机（EIC）所需的关键部件。

   正在建造中的EIC是一个尖端核物理设施，它能加速极化电子，并使其与极化质子及离子发生碰撞，让科学家能深入研究可见物质的最基本构成单元。而刚刚通过测试的电子枪，是世界上电压最高、强度最强的极化电子枪。据悉，该设备研究团队目前仍在研究能够进一步加速对撞机内部电子的组件，使其更接近光速的水平。

  团队首席架构师、布鲁克海文实验室物理学家王尔东表示，他们可将电子的速度加速至光速的80%。这意味着在大约二十亿分之一秒内，电子的速度可从零加速到高达每小时8亿多公里（约光速的80%），而这一过程仅在电子枪内部约5厘米的空间内完成。

  然而，加速电子只是该电子枪的任务之一。另一个任务是创建紧密排列的粒子群并控制它们的自旋。为实现这一点，研究团队使用砷化镓晶体的超薄纳米片制造了光阴极。用激光照射这个阴极，能够释放出电子，并可控制它们是向前还是向后自旋。一旦电子被激光从晶体中释放出来，电子枪的任务就是让它们快速移动。团队在阴极对面建造了一个阳极，并施加了极高的电压，成功实现了这一点。电子能量在大约5厘米的间隙中从零增加到了32万电子伏特。