科學家已經成功地研制出一種袖珍的粒子加速器，能夠以超過99.99%的光速用激光投射超短電子束。為了達到這個目標，研究人員不得不放慢光的傳播速度，以匹配電子的速度，使用一種特別設計的金屬化結構，這種結構的內層是比人的頭發絲更薄的石英層。這一巨大飛躍式進步能在時間尺度小于10飛秒(10E-15秒)的情況下同時提供測量和操作粒子束。這將使他們能夠創建原子運動的頻閃照片。這一成功的展示為開發高能, 大電荷, 高質量太赫茲(THz) 驅動加速器鋪平了道路，這些加速器有望更便宜, 更緊湊。減少加速器體積和成本, 將使這些好的設備應用在更多更廣泛的的地方。
粒子加速器在粒子物理學，材料表征，醫院放射治療等基礎研究中有廣泛的應用。粒子加速器可用于治療癌癥患者，用于醫學成像的放射性同位素以及貨物安全檢查。這些機器內部的基本技術(射頻振蕩器)是在第二次世界大戰期間為雷達開發的。在今天發表在《Nature Photonics》雜志上的新研究中，一個學術合作小組展示了他們獨特的解決方案，那就是是利用激光產生太赫茲頻率的光脈沖。太赫茲是介于紅外(用于電視遙控器)和微波(用于微波爐)之間的電磁頻譜區域。激光產生的THz輻射存在于標準的毫米級波長范圍，這使得加速器的結構制造更簡單，但最重要的是提供半波長尺度，非常適合加速具有強電荷的電子束。
文章的主要作者，來自University of Manchester的Morgan Hibberd博士說： “主要的挑戰是將加速的太赫茲場的速度與幾乎光速的電子束速度相匹配，同時防止太赫茲脈沖包絡以固有的較低速度穿過我們的加速結構，從而顯著避免驅動場和電子相互作用的長度的退化。我們通過開發獨特的太赫茲源克服了這一問題，該個太赫茲源產生了更長的脈沖寬度，它只包含較窄的頻譜范圍，顯著增強了相互作用。我們的下一個目標是展示更高的能量增益，同時保持光束質量。我們預計將通過增加太赫茲能量源的約束來實現這一目標。這一切都在順利進行中。”
共同領導該計劃的Lancaster University的Steven Jamison教授解釋說：“相對論的粒子束具有太赫茲頻率的類激光脈沖，對高速粒子束進行受控加速是粒子加速器發展的一個里程碑。新型粒子加速器的電磁頻率超過傳統粒子加速器一百倍，在以飛秒時間內控制粒子束獲得了革命性的進展。通過展示以 99.99% 的光速運動的粒子加速，我們確認了一個研究方向，就是能夠將太赫茲粒子的加速縮放到高度相對論能量的級別。”雖然研究人員著眼于他們的概念性長遠的作用，那就是使用長度只有幾米長的設備取代數公里規模的研究加速器(比如在歐洲Hamburg的3千米長X射線源)，他們認為這會對無線電治療和材料表征領域大有幫助。
University of Manchester物理學高級講師Darren Graham博士說：“如果沒有Cockcroft Institute提供的特有的合作環境，實現這一里程碑式進步的是不可能的，該研究所把University of Lancaster、University of Manchester的科學家和工程師以及Daresbury實驗室STFC的工作人員聚集了在一起。”