プラズマ物理学：小型のビーム駆動型プラズマ航跡場加速器による自由電子レーザー発振

プラズマを用いた技術を用いて電子ビームを短距離で超相対論的な速度に加速できれば、粒子加速器の分野に革命をもたらす可能性がある。プラズマを用いた加速器は、小型なため、自由電子レーザー（FEL）を駆動できる卓上装置の実現を可能にすると考えられる。FELは、サブオングストローム波長とサブフェムト秒の持続時間のコヒーレントな光パルスを生成することによって、サブ原子レベルで物質を調べる、非常に優れたツールである。しかしこれまで、FELの動作に必要な高エネルギー電子ビームを得るには従来型の大型高周波（RF）加速器を用いる必要があり、加速電場が制限されていたため、こうした加速器の占有面積は大きくならざるを得なかった。今回我々は、小型（3 cm）の粒子ビーム駆動型プラズマ加速器によるFELレーザー発振の実験的証拠を報告する。加速されたビームは、六次元位相空間において完全に特性評価され、その品質は、最先端の加速器に匹敵するほど高い。これによって、赤外領域の狭帯域増幅放射の観測が可能になり、その強度は、6台の連続したアンジュレーターにわたって典型的な指数関数的増大を示した。この原理証明実験は、プラズマを用いた加速器の利用における基本的な節目であり、ユーザー指向の次世代小型設備の開発に寄与するものである。

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