近日，我院万阳教授团队在等离子体尾场加速研究领域取得重要进展，相关成果以“Unveiling the beam-wake interactions in plasma wakefield acceleration”为题发表在国际知名期刊《Nature Communications》上。万阳教授为论文第一作者和通讯作者，郑州大学物理学院、郑州大学中原之光实验室为第一单位。

等离子体尾场加速利用高能电子束驱动等离子体产生强电磁场，具有加速梯度高、装置规模小等优势，是发展新一代高能粒子加速器的重要方向。然而，驱动电子束与等离子体尾场之间存在复杂的动态耦合，其瞬态演化过程一直缺乏直接、精细的实验观测。针对这一问题，研究团队利用自主发展的超快高能电子成像技术，通过单次测量同时获取驱动电子束和等离子体尾场的原位信息，实现了对电子束—尾场相互作用过程的直接观测。

研究发现，随着驱动电子束电荷增加，等离子体尾场呈现出由线性向弱非线性状态的转变；在非线性状态下，电子束尾部对尾场产生明显的束流加载效应，使纵向加速场发生展平，同时尾部电子束受到横向尾场作用并发生聚焦。结合粒子模拟，研究团队进一步揭示了电子束尾部演化与尾场结构变化之间的内在联系，为理解和调控等离子体尾场加速中的束流动力学提供了直接实验依据。

该研究实现了对等离子体尾场及驱动电子束的单次、原位、高分辨观测，为深入研究束流加载、束流聚焦及束流不稳定性等关键物理过程提供了新的实验手段，也为进一步提升等离子体加速器的束流品质、稳定性和能量转换效率提供了重要参考。

该工作得到了国家自然科学基金、中国科学院先导B专项等项目的支持。

文章链接：https://doi.org/10.1038/s41467-026-77754-z

图1实验观测与重构的束流驱动等离子体尾场分布。

实验结果揭示了电子束驱动尾场由线性向非线性状态的转变，以及束流加载引起的纵向电场展平。