科学家如何从最基本的层面探索自然？是建造了“超级显微镜”，可以分辨原子和亚原子的细节。这在可见光下是不能实现的，但可以用电子束探测物质的最小维度，要么直接在粒子对撞机中使用电子束，要么在x射线激光器中将能量转换成明亮的x射线。这些科学发现机器的核心是粒子加速器，首先在一个源处产生电子，然后在一系列的加速器腔中提高能量。现在，一个国际研究团队，包括来自美国能源部SLAC国家加速器实验室的科学家。
已经展示了一种基于等离子体的更亮电子源，可以用于更紧凑、更强大的粒子加速器。这种电子束电子从等离子体内部中性原子中释放出来的方法被称为特洛伊木马技术，因为这让人想起古希腊人入侵特洛伊城的方式，他们把强大的士兵(电子)藏在木马(等离子体)内，然后木马(加速器)就被拉进了特洛伊城。来自苏格兰格拉斯哥斯特拉斯克莱德大学的Bernhard Hidding说：实验第一次表明特洛伊木马方法确实有效。这是未来电子源最有前途的方法之一，可能会突破当今技术的边界。
等离子体代替金属
在目前最先进的加速器中，电子是通过将激光照射到金属光电阴极上而产生，而金属光电阴极会将电子踢出金属。这些电子在金属腔内加速，从射频场中吸收越来越多的能量，形成高能电子束。在x射线激光器中，如SLAC的Linac相干光源(LCLS)，光束驱动产生极其明亮的x射线。但是，在一定距离内，金属腔只能支持有限的能量增益，或加速梯度，在分解之前，因此，高能光束的加速器变得非常大和昂贵。
近年来，SLAC和其他地方的科学家们一直在寻找使加速器更小型的方法。例如，他们证明，可以用等离子体代替金属腔，从而实现更高的加速度梯度，这可能会使未来加速器的长度缩短100到1000倍。本研究将等离子体的概念扩展到加速器电子源。来自SLAC的合著者Mark Hogan说：我们之前已经证明等离子体加速可以非常强大和高效，但是还没有能力为未来应用生产出足够高质量的光束。改善光束质量是未来几年的首要任务，而开发新型电子源是其中的一个重要部分。
根据Hidding和同事先前的计算，特洛伊木马技术可以使电子束的亮度比当今最强大电子束亮100到10000倍。更亮的电子束也将使未来x射线激光器更亮，并进一步增强它们的科学能力。合著者之一、加州大学洛杉矶分校特洛伊木马项目的首席研究员詹姆斯·罗森茨威格说：如果我们能够把两大推力（等离子体中的高加速度梯度和等离子体中的光束产生）结合起来，就能制造出x射线激光器，在几米而不是几公里距离内就能释放出同样的能量。
产生高质量电子束
科学家在SLAC先进加速器实验测试(FACET)设施中进行了相关研究实验，该设施目前正在进行重大升级，产生高能电子脉冲，用于下一代加速器技术的研究，包括等离子体加速等。
博科园｜研究/来自：SLAC国家加速器实验室
参考期刊《自然物理学》
DOI: 10.1038/s41567-019-0610-9
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