原加速器工程（8348工程）副总工程师、国家同步辐射实验室副主任，中国科学技术大学学位委员会委员、核技术及应用学位点分学位委员会主任、中国粒子加速器学会常务理事、加速器技术委员会主任裴元吉教授撰写的超光速试验方案探讨一文，提出了一种试验方法也许可发现测试粒子运动参数是否满足相对论的方法，为揭示这些矛盾，为发现是否存在疑点，提供了深入开展研究的一个路径。

   裴元吉教授提出的这个设计，十几年来，曾经多次在科学会议上讨论，得到很多第一批加速器设计者等专家支持。希望能让更多的加速器工程专家了解和参与，使得这个方案尽快落实。黄志洵教授希望把他在新出版的书中给与介绍，我们又请裴老师做了补充修改，以便更多的人理解。文章见附件

  希望加速器专业，尤其是裴元吉教授的学生多多参与，提出完善和修改的宝贵意见

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裴元吉教授的超光速试验方案探讨.docx

下面仅仅是文字，缺少图

超光速试验方案探讨

裴元吉

中国科学技术大学国家同步辐射实验室

一、问题的提出

   到目前为止，带电粒子动力学都是建立在光速为极限的条件下，即以狭义相对论动力学为基础的。尽管目前所建造的加速器尚未发现与这一基础理论有矛盾之处，但是所有测试粒子运动参数的方法的理论基础也是以相对论为基础的，因此既便有矛盾也很难发现，为发现是否存在矛盾，我提出一种试验方法也许可发现一些疑点，如若果真发现，那可以深入开展研究就其原因。

二、试验方案
   下图是试验方案所用的装置布局示意图。图中电子枪是能产生能量为数兆电子伏特、束团长度为ps（10^-12秒）级的电子枪（如光阴极微波电子枪、外置阴极独立调谐微波电子枪等）；加速管1、加速管2是常规加速结构(其相速度分别为接近1和等于1），它们将电子束加速到电子束的相对能量γ=100，即电子束的速度达到0.99995c（c是光速）；加速管3是采取特殊设计的加速管，使其波的相速度大于光速；磁分析铁1、磁分析铁2和其后面的荧光靶是用于束流能量测量的装置，其能量分辨好于0.1%；束流垃圾箱是用于吸收电子束的装置，以免对环境造成影响；K1是为常规加速管提供微波功率的器件，其脉冲功率约为50MW，K2是为超光速相速加速管提供微波功率的器件，其输出功率为25MW；IAФ是用于调节进入加速管3微波功率的相位和功率的元件。

三、电子束在加速管3中的能量模拟

   依据行波直线加速器中建立的微波电磁场以及带电粒子在该电磁场中的相对论动力学理论，我们可以得到设计电子直线加速器的有关公司，这些已为目前加速器设计和建造所证实，下面我们以及这一理论计算电子束在相速度大于光速的加速管3中的能量变化。计算公式可归纳为以下几式^【1、2】：

                               （1）

上式中的是电子束在加速管中距离内获得的相对能量增益，是加速管中z处的纵向电场，是电子束在z处的电场的相位，是电子在z处经距离后的相位变化，

分别是z处波的相对相速度和电子是相对速度，分别是加速管中z处的衰减常数、分路阻抗、微波功率，I_b是宏脉冲束流强度。根据式（1），在设定进入加速管3中电子束能量下，对不同相速度（大于光速）的束流能量进行模拟计算，其结果如图1所示。

图1、当初始电子的相对能量=100时，进入加速管的相位为0度，输入功率为20MW，加速管长度为1.6m是，电子在相对相速度分别为0.999、1.05、1.1时的能量和相位随纵向运动而变化的曲线

模拟得到的电子在不同初始相位时的能量增益及相位随加速管z坐标的变化曲线如图2所示。

     图2（a）波相速度为1.05c时，不同初始相位的电子在加速管中的能量增益曲线

 图2（a）波相速度为1.10c时，不同初始相位的电子在加速管中的能量增益曲线

四、试验方法

   首先，根据前面装置示意图建立实验装置并调试正常运行。

   从图1、图2可以看出，依据相对论动力学理论导出的电子直线加速器设计公式（1）模拟计算的结果，表明当波的相速度大于光速时，已具有初始动能为50.6MeV（γ=100）（利用分析磁铁1系统）的电子，在加速管中的能量增益远小于的加速管中获得的能量。由此我们可以在加速管出口利用分析磁铁2系统测量电子能量，如果与模拟计算结果不一致，并且远超过测量误差范围，这就给我们提出研究的课题，就追究其原因，是否能用电子的速度超过光速来解释这样试验结果？

参考文献

[1] 裴元吉电子直线加速器设计基础科学出版社出版 2013年

[2] M.Chodorow, et al., “StanfordHigh-energy  Linear Electron Accelerator(MARK III)”, The Review of ScientificInstruments, Vol.26,No.2, p.134-204(1955)

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