太赫茲光脈沖(綠色)聚焦在小型粒子加速器上，為粒子(藍色球體)提供能量。新技術測量太赫茲脈沖(插圖)的形狀在聚焦于目標時如何變化。圖片來源：橡樹嶺國家實驗室
研究人員開發了一種新技術來更好地測量特殊的“太赫茲”光。這種光以比人眼感知范圍之外的紅外光更長的波傳播。新的采樣技術保留了太赫茲光脈沖中位置和時間之間的相關性。該技術使研究人員能夠測量太赫茲“光彈”的形狀，這是一種聚焦的閃光，其寬度與長度一樣。這有助于研究人員了解如何使用太赫茲脈沖來改進粒子加速器。粒子加速器幫助科學家研究新材料、蛋白質，甚至是我們宇宙的組成部分，改進的加速器將有助于推動工業、醫學和科學研究。
現代粒子加速器設施可能是巨大的。太赫茲技術可能會提供一條使它們小型化的途徑。例如，能源部用戶設施散裂中子源的質子加速器有三個足球場長。使用太赫茲光，粒子可以在不到一個末端區域的長度內達到相同的能量。這種小型化可以幫助設施為新的科學發現提供更高的能量。這將需要科學家更多地了解太赫茲光的特性和行為。這種新的測量技術將有助于使這些更小的未來加速器成為可能。
散裂中子源用戶設施所在地橡樹嶺國家實驗室的科學家們正在研究如何產生和使用太赫茲光，以啟用使用太赫茲技術的粒子加速器。用強激光制造太赫茲光子彈是一種很有前途的方法，因為太赫茲能量高度集中，產生非常高的加速場。通過開發一種新的測量技術，研究人員發現，當聚焦到目標上時，這種太赫茲光會改變其形狀，可能會影響粒子加速器的性能。
太赫茲光子彈會改變形狀，因為它們由許多太赫茲頻率組成，類似于白光由不同的可見頻率或顏色組成。就像白光的顏色可以分離形成彩虹一樣，這種太赫茲光的顏色在聚焦到目標時可以相互分離。如果不考慮，這種分離會導致光的形狀不完美，并使其不那么集中，這可能導致粒子加速較弱。然而，將這種新的電光采樣方法與建模工具結合使用，可以測量這些缺陷并將其用于新光學器件的設計中，以校正太赫茲形狀。通過巧妙的光學設計，甚至可以改善太赫茲形狀并增強粒子加速度。
該研究發表在《物理評論 A》上。
