太赫兹光脉冲(绿色)聚焦在小型粒子加速器上，为粒子(蓝色球体)提供能量。新技术测量太赫兹脉冲(插图)的形状在聚焦于目标时如何变化。图片来源：橡树岭国家实验室

研究人员开发了一种新技术来更好地测量特殊的“太赫兹”光。这种光以比人眼感知范围之外的红外光更长的波传播。新的采样技术保留了太赫兹光脉冲中位置和时间之间的相关性。该技术使研究人员能够测量太赫兹“光弹”的形状，这是一种聚焦的闪光，其宽度与长度一样。这有助于研究人员了解如何使用太赫兹脉冲来改进粒子加速器。粒子加速器帮助科学家研究新材料、蛋白质，甚至是我们宇宙的组成部分，改进的加速器将有助于推动工业、医学和科学研究。

现代粒子加速器设施可能是巨大的。太赫兹技术可能会提供一条使它们小型化的途径。例如，能源部用户设施散裂中子源的质子加速器有三个足球场长。使用太赫兹光，粒子可以在不到一个末端区域的长度内达到相同的能量。这种小型化可以帮助设施为新的科学发现提供更高的能量。这将需要科学家更多地了解太赫兹光的特性和行为。这种新的测量技术将有助于使这些更小的未来加速器成为可能。

散裂中子源用户设施所在地橡树岭国家实验室的科学家们正在研究如何产生和使用太赫兹光，以启用使用太赫兹技术的粒子加速器。用强激光制造太赫兹光子弹是一种很有前途的方法，因为太赫兹能量高度集中，产生非常高的加速场。通过开发一种新的测量技术，研究人员发现，当聚焦到目标上时，这种太赫兹光会改变其形状，可能会影响粒子加速器的性能。

太赫兹光子弹会改变形状，因为它们由许多太赫兹频率组成，类似于白光由不同的可见频率或颜色组成。就像白光的颜色可以分离形成彩虹一样，这种太赫兹光的颜色在聚焦到目标时可以相互分离。如果不考虑，这种分离会导致光的形状不完美，并使其不那么集中，这可能导致粒子加速较弱。然而，将这种新的电光采样方法与建模工具结合使用，可以测量这些缺陷并将其用于新光学器件的设计中，以校正太赫兹形状。通过巧妙的光学设计，甚至可以改善太赫兹形状并增强粒子加速度。

该研究发表在《物理评论 A》上。