繼第四代同步輻射光源之后，科學(xué)家正在挑戰(zhàn)新紀(jì)錄。2月25日《自然》雜志上線的一篇論文中，研究者實(shí)驗(yàn)展示了一種新型粒子加速器光源原理，該原理被稱為“穩(wěn)態(tài)微聚束”（steady-state microbunching，SSMB）。

基于SSMB原理，能產(chǎn)生高功率、高重頻的相干光，波長(zhǎng)可涵蓋從太赫茲到極紫外波段。SSMB光源有望為光子科學(xué)研究提供新機(jī)遇?！斑@篇文章是我們團(tuán)隊(duì)幾年努力的結(jié)晶，也是加速器領(lǐng)域的一個(gè)重大突破?！闭撐耐ㄓ嵶髡咧?、清華大學(xué)工程物理系教授唐傳祥告訴《中國(guó)科學(xué)報(bào)》。

相對(duì)論性帶電粒子偏轉(zhuǎn)時(shí)會(huì)輻射出光，最先在電子同步加速器上發(fā)現(xiàn)，所以該輻射被稱為同步輻射。人們從上世紀(jì)40年代開始制造并利用同步輻射光源，服務(wù)于物理、化學(xué)、生命科學(xué)、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域的用戶。數(shù)十年間，同步輻射光源不斷升級(jí)，中國(guó)的“上海光源”即第三代同步輻射光源，與“上海光源”同處一個(gè)園區(qū)的X 射線自由電子激光試驗(yàn)裝置則為第四代。

SSMB光源則兼具第三代和第四代光源的特點(diǎn)：既能保持高重復(fù)頻率，又有類似激光強(qiáng)相干輻射的特性。論文第一作者、清華大學(xué)工程物理系博士生鄧秀杰介紹說：微聚束可以輻射出強(qiáng)相干光，為了實(shí)現(xiàn)高重頻、達(dá)到高平均功率，微聚束在儲(chǔ)存環(huán)內(nèi)還要能穩(wěn)態(tài)保持，此即“穩(wěn)態(tài)微聚束”的由來。

SSMB原理驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)示意圖，儲(chǔ)存環(huán)周長(zhǎng)為48米。（圖片來源：《自然》）

研究者在該論文中首次驗(yàn)證了SSMB的工作機(jī)理。研究組利用波長(zhǎng)1064納米的激光操控儲(chǔ)存環(huán)中的電子束，使電子束繞環(huán)一整圈后形成微聚束，并輻射出高強(qiáng)度的相干光。

審稿人意見稱，該研究“展示了一種新的方法論”，“必將引起粒子加速器和同步輻射領(lǐng)域的興趣”。

SSMB的概念最初由清華大學(xué)杰出訪問教授趙午及其博士生提出。本次論文展示的實(shí)驗(yàn)，由唐傳祥與趙午發(fā)起，清華大學(xué)、亥姆霍茲柏林材料和能源中心以及德國(guó)聯(lián)邦物理技術(shù)研究院（PTB）合作，在PTB的計(jì)量光源上完成。唐傳祥研究組負(fù)責(zé)理論分析、物理設(shè)計(jì)及激光系統(tǒng)開發(fā)，并與合作單位進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

目前，清華SSMB研究組已向國(guó)家發(fā)改委提交“穩(wěn)態(tài)微聚束極紫外光源研究裝置”的項(xiàng)目建議書，申報(bào)“十四五”國(guó)家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施。

相關(guān)論文信息：

https://doi.org/10.1038/s41586-021-03203-0