加速器物理学：プラズマ航跡場加速器における電子ビームの高効率加速
Nature 515, 7525 doi: 10.1038/nature13882
高い単位長さ当たりのエネルギー利得勾配での荷電粒子ビームの高効率加速は、手頃な価格で小型の高エネルギー衝突型加速器を実現するのに必要である。プラズマ航跡場加速器は、この目的で開発されている構想の1つである。プラズマ航跡場加速では、高い加速電場を持つ電荷密度航跡が、プラズマ中を荷電粒子の超相対論的バンチ（ドライブバンチ）が通過したとき生じる。十分な電荷を持った2番目の相対論的電子バンチ（後続バンチ）が適切な距離を置いてドライブバンチの航跡中を進めば、このバンチを効率良く高エネルギーに加速できる。たった1個の42ギガ電子ボルトのドライブバンチを使った以前の実験では、1 mより短いプラズマにおいてそれと同じバンチの尾から、連続エネルギースペクトルと最高85ギガ電子ボルトのエネルギーを持つ電子が加速された。しかし、この加速された電子の全電荷は、航跡からかなりの量のエネルギーを抽出するには不十分であった。本論文では、高勾配の非線形プラズマ航跡場加速器からかなりの量のエネルギーを抽出するのに十分な電荷を含む電子の離散的な後続バンチを高効率に加速した結果を報告する。特に、メートル当たり約4.4ギガボルトの加速勾配において後続バンチの中心部に含まれる約74ピコクーロンの電荷を加速した結果を示す。こうした中心部の粒子は、粒子当たり約1.6ギガ電子ボルトのエネルギーを獲得し、最終的なエネルギー広がりは0.7％（平均2.0％）と狭く、航跡からバンチへのエネルギー移動効率は30％（平均17.7％）を超える。かなりの電荷を含みエネルギー広がりの小さい個々の電子バンチの、高い加速勾配でのエネルギー移動効率の高い加速は、小型で手頃な価格の加速器技術へのプラズマ航跡場加速の発展における画期的な成果である。
