Недавно ученые впервые запустили самый маленький в мире ускоритель частиц. Крошечный технологический триумф размером с мелкую монету может открыть двери для широкого спектра применений, в том числе для использования «крошечных» ускорителей частиц внутри пациентов.
Новая машина, известная как нанофотонный ускоритель электронов (NEA), состоит из небольшого микрочипа, в котором размещена еще более маленькая вакуумная трубка, состоящая из тысяч отдельных «столбиков». Исследователи могут ускорять электроны, направляя на эти столбы минилазерные лучи.
Длина основной ускорительной трубы составляет около 0,5 мм, что в 54 млн. раз меньше 27-километрового кольца Большого адронного коллайдера (БАК) ЦЕРН в Швейцарии — самого большого и мощного в мире ускорителя частиц, в котором был открыт целый ряд новых частиц, включая бозон Хиггса (или частицу Бога), призрачные нейтрино, чарм-мезон и загадочную частицу X.
Ширина внутреннего пространства крошечного туннеля составляет всего около 225 нанометров. Для сравнения, толщина человеческого волоса составляет 80-100 тыс. нанометров, согласно данным Национального института нанотехнологий.
В новом исследовании, опубликованном 18 октября в журнале Nature, ученые из Университета Фридриха-Александра Эрланген-Нюрнбергского (FAU) в Германии использовали крошечную конструкцию для ускорения электронов с энергии 28,4 килоэлектронвольта до 40,7 кэВ, что составляет увеличение примерно на 43%.
Это первый случай успешного запуска нанофотонного ускорителя электронов, который был впервые предложен в 2015 году, говорится в заявлении исследователей. (Исследователи из Стэнфордского университета уже повторили этот подвиг с помощью своего мини-ускорителя, но их результаты пока находятся на стадии рассмотрения).
«Впервые мы действительно можем говорить об ускорителе частиц на микрочипе», — отметил соавтор исследования Рой Шилох, физик из FAU.
В БАК используется более 9000 магнитов для создания магнитного поля, которое разгоняет частицы до скорости, составляющей около 99,9% от скорости света. В NEA также создается магнитное поле, но оно работает путем обстрела световыми лучами столбов в вакуумной трубке; это усиливает энергию нужным образом, но результирующее энергетическое поле гораздо слабее.
Энергия электронов, ускоряемых в NEA, составляет лишь миллионную часть энергии частиц, ускоряемых на БАК. Однако исследователи полагают, что смогут усовершенствовать конструкцию NEA, используя альтернативные материалы или укладывая несколько трубок рядом друг с другом, что позволит еще больше ускорить частицы. Тем не менее, они никогда не смогут достичь уровня энергии, близкого к энергии больших коллайдеров.
Это и не плохо, поскольку основная цель создания таких ускорителей — использование энергии ускоренных электронов для целенаправленного медицинского лечения, которое может заменить более разрушительные виды радиотерапии, применяемые для уничтожения раковых клеток.
«Мечтой было бы установить ускоритель частиц на эндоскоп, чтобы иметь возможность проводить радиотерапию непосредственно на пораженном участке тела, — пишет в своем заявлении ведущий автор исследования Томаш Хлоуба, физик из FAU. Однако до этого еще далеко, добавил он.
Нет комментариев