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プラズマ加速器：レーザープラズマ電子ビームの能動的エネルギー圧縮
Nature 640, 8060 doi: 10.1038/s41586-025-08772-y
高品質の相対論的電子ビームを供給する高周波（RF）加速器は、多くの科学分野のみならず産業用途や医療用途を可能にしている重要な資源である。20年前、現代のRF空洞で得られる電場よりも桁違いに高い電場を保持するレーザープラズマ加速器によって、準単色エネルギー電子ビームが初めて生成された。それ以来、ギガ電子ボルト（GeV）ビームエネルギーでの高輝度電子ビームと、競合するビーム特性が、わずかセンチメートル長のプラズマから実証されており、これは、RF空洞を用いた加速器で必要とされる数百メートルという長さに比べて大幅に優れている。しかし、こうした大きな進歩にもかかわらず、比較的大きなエネルギー広がりとビームエネルギーのゆらぎ（ジッター）が、依然としてレーザープラズマ加速器による実世界での応用の促進の事実上の妨げとなっている。今回我々は、能動的なエネルギー圧縮を用いてレーザープラズマ電子ビームを生成し、その結果として、これまで現代のRF型加速器にのみ関連付けられている性能を実現したことを報告する。磁気シケインを用いて、電子バンチがまず縦方向に引き伸ばされてエネルギー相関が写し取られ、次いでこれが、能動RF空洞によって除去される。結果として得られるエネルギーの広がりとエネルギーのジッターは、パーミルレベル以下まで1桁以上低減され、現代のシンクロトロンの許容基準を満たし、これによって小型の蓄積リング入射器などの用途への道筋が開かれる。
