粒子加速器在半导体应用、医学成像和治疗以及材料、能源和医学研究方面具有巨大潜力。但传统加速器需要大量的活动空间(公里)，这使得它们价格昂贵，并且仅限于少数国家实验室和大学。
来自德克萨斯大学奥斯汀分校、几所国家实验室、欧洲大学和德克萨斯州公司 TAU Systems Inc. 的研究人员展示了一种长度不到 20 米的紧凑型粒子加速器，可产生能量为 100 亿电子伏的电子束。 10GeV)。目前在美国运行的只有另外两台加速器可以达到如此高的电子能量，但两者都大约有 3 公里长。
UT 物理学副教授兼 TAU Systems 首席执行官 Bjorn “Manuel” Hegelich 表示：“我们现在可以在 10 厘米内达到这些能量。”他指的是产生光束的腔室的大小。他是最近发表在《物质与辐射》杂志上的 一篇论文的资深作者，该论文 描述了他们的成就。
黑格利希和他的团队目前正在探索将他们的加速器(称为先进尾场激光加速器)用于多种用途。他们希望用它来测试太空电子产品抵御辐射的能力，对新半导体芯片设计的 3D 内部结构进行成像，甚至开发新型癌症疗法和先进的医学成像技术。
这种加速器还可用于驱动另一种称为 X 射线自由电子激光器的设备，该设备可以拍摄原子或分子尺度过程的慢动作电影。此类过程的例子包括药物与细胞的相互作用、电池内部可能导致电池着火的变化、太阳能电池板内部的化学反应以及病毒蛋白质在感染细胞时改变形状。
尾场激光加速器的概念于 1979 年首次被描述。极其强大的激光撞击氦气，将其加热成等离子体，并产生波，将气体中的电子以高能电子束的形式踢出。在过去的几十年里，各个研究小组开发了更强大的版本。黑格利希和他的团队的关键进展依赖于纳米颗粒。辅助激光撞击气室内的金属板，金属板注入金属纳米粒子流，增强从波传递给电子的能量。
激光就像一艘掠过湖面的船，留下尾流，而电子则像冲浪者一样驾驭这种等离子体波。
“在不被压倒的情况下进入大浪是很难的，所以尾流冲浪者会被摩托艇拖进去，”黑格利希说。“在我们的加速器中，相当于摩托艇的是纳米颗粒，它们在正确的点和正确的时间释放电子，所以它们都坐在波中。我们在我们希望的时间和地点获得更多的电子，而不是在整个相互作用中统计分布，这就是我们的秘密武器。”
在这项实验中，研究人员使用了世界上最强大的脉冲激光器之一—— 德克萨斯拍瓦激光器，该激光器位于德克萨斯大学，每小时发射一个超强光脉冲。单个拍瓦激光脉冲包含的功率约为美国装机功率的 1,000 倍，但持续时间仅为 150 飞秒，不到闪电放电时间的十亿分之一。该团队的长期目标是用他们目前正在开发的激光器驱动他们的系统，该激光器可以安装在桌面上，每秒可以重复发射数千次，从而使整个加速器更加紧凑，并且可以在比传统加速器更广泛的环境中使用加速器。
该研究的共同第一作者是康斯坦丁·阿尼库拉塞伊 (Constantin Aniculaesei)，他是德国杜塞尔多夫海因里希·海涅大学的通讯作者;以及 UT 博士生兼 TAU Systems 研究员 Thanh Ha。德克萨斯大学的其他教职人员包括托德·迪特米尔 (Todd Ditmire) 和迈克尔·唐纳 (Michael Downer) 教授。
Hegelich 和 Aniculaesei 提交了一份专利申请，描述了在气室中生成纳米颗粒的设备和方法。 TAU Systems是从 Hegelich 实验室分离出来的，拥有大学颁发的这项基础专利的独家许可。作为协议的一部分，UT 已发行 TAU Systems 的股份。
这项研究得到了美国空军科学研究办公室、美国能源部、英国工程和物理科学研究委员会以及欧盟地平线 2020 研究和创新计划的支持。