Cern I En Shoebox? Tiny Particle Accelerators Kommer

{h1}

Ved at bruge lasere frem for mikrobølger som strømkilde, kunne forskere udvikle partikelacceleratorer om størrelsen på en skoboks.

Forskere kan snart udvikle partikelacceleratorer, der kan passe ind i en skobox, siger eksperter.

Projektet, som stadig er i sin barndom, ville stole på lasere, snarere end mikrobølger, til rampepartikler til næsten lyshastighed.

Ved hjælp af lasere kan du accelerere partikler på kortere afstand for at komme til en højere energi, siger Joel England, en forsker ved SLAC National Accelerator Laboratory i Menlo Park, Californien, og en af ​​de vigtigste forskere involveret i projektet. [Se billeder af verdens største Atom Smasher]

De tidligste former for teknologien vil sandsynligvis blive brugt til medicinsk fysik og eksperimenter for at se atomer i realtid, siger eksperter. Men hvis den nye metode pander ud, kan den i sidste ende blive opskaleret til verdens største atommaskere og demokratisere partikelfysikområdet.

Tænker stort og lille

Når det kommer til partikelacceleratorer, tror de fleste fysikere stort. Giant underjordiske ringe, der spænder over landegrænser. Overgivne mineshafts og underjordiske fæstninger begravet dybt i jordens indre. Tunnel lange nok til at strække sig fra den ene ende af Los Angeles til en anden. Den mest banebrydende fysik kræver højere energier, og højere energier kræver længere afstande for at hente fart.

Men sådanne ambitiøse bestræbelser er utroligt dyre, og de betyder, at kun en heldig få kan udføre visse partikel-fysiske eksperimenter. Faktisk eksisterer kun omkring 30.000 acceleratorer verden over, ifølge Symmetry Magazine. Det kan lyde som en masse, men der er typisk en enorm linje til at bruge endnu lavere energi acceleratorer, sagde England. Og energibesparende partikelacceleratorer kræver stadig masser af plads - et luksuriøst antal universiteter har råd til, tilføjede han.

Men det skyldes, at partikelkollidererne nu er afhængige af mikrobølger for at øge partikelenergi, sagde England. Fordi mikrobølger har en lang bølgelængde - mellem 0,04 tommer og 39 tommer (0,1 centimeter til 100 cm) - det betyder at de tager længere plads til at øge partikelens energi.

Nuværende mikrobølgeforstærkere i partikelacceleratorer ligner en mikrobølgeovn på nogle måder, sagde England.

"Det er et hulrum, det er en lukket metalforbindelse, at du pumper mikrobølgeffekt ind, og det opretter et felt derinde," sagde England. "I stedet for at lave mad til din tv-middag producerer den en anden type felt, der har en elektrisk komponent langs aksen, så de partikler, der er gået igennem, vil se et spark."

Laser accelerator

Men i de senere år har laserteknologien avanceret i spring og grænser. Og fordi lasere har en meget kortere bølgelængde (synligt lys har en bølgelængde på mellem 400 nanometer og 700 nm) betyder det, at laserdrevne acceleratorer kan krympe betydeligt.

Så, England og en bred vifte af kolleger har lavet sammen for at designe en laserdrevet accelerator, der kan udskrives på en mikrochip. [Infographic: Hvordan arbejder lasere?]

"Det endelige mål er at have alle de komponenter, der er nødvendige for at accelerere partikler til nyttige energier, og at gøre alt det, der bruger de samme slags enheder på en enkelt siliciumplader," fortalte England WordsSideKick.com.

Lasere ville tillade højere feltintensiteter, fordi de ikke ville beskadige metalhullerne som mikrobølger ville. Desuden kan mikrofabrikation give forskere mulighed for at skubbe hundredvis af acceleratorer i serie på en enkelt wafer, sagde England.

Holdet har til formål at have en fungerende prototype om fem år, og projektet har for nylig modtaget millioner af dollars i finansiering fra Gordon og Betty Moore Foundation for at gøre det til en realitet. På kort sigt håber holdet at generere mindre accelerator energier, svarende til hospital stråling maskiner.

Til sidst kunne teknologien bruges til at miniaturisere de store colliders, som den foreslåede International Linear Collider, en næste generation af anlæg, der sandsynligvis vil blive bygget i Japan, der ville jage på helt nye former for materiel. Det kunne også bruges til at omfordele eksisterende acceleratorer, såsom SLAC, sagde Robert Byer, en anvendt fysiker ved Stanford University, der også er involveret i projektet.

"Hvis vi har en mindre accelerator, kan vi bygge en version af SLAC, der kun er 30 meter lang, ikke 3 km lang," sagde Byer. "Du ville spare mange penge på tunneller og alt det civile byggeri."

Masser af forhindringer

Men at komme til det punkt vil tage en masse opfindsomhed.

For en har teamet ikke fundet en kilde til partikler, der kan fremstilles ved hjælp af siliciumwaferteknologi. Det betyder, at holdet skal opfinde en, muligvis se på diamanter eller silicium for at udstede elektroner. Disse elektroner ville derefter blive slået til høj hastighed af en fokuseret laserstråle, sagde Byer.

For at få elektronerne i den utroligt fokuserede stråle, der er nødvendige for partikelacceleration, vil det sandsynligvis kræve, at små bølgeledere fremstilles i chippen. Forskerne skal også finde vej til at forbinde laseren med de andre enheder på chippen, sagde Byer.

Nye applikationer

Et af de mest spændende muligheder er inden for medicinsk behandling, sagde Byer. Eksisterende medicinske strålingsanordninger er kæmpe kontraptioner, der kan optage et helt rum, og stråling bombarderer ofte andre dele af kroppen ud over svulsten.

Men hvis medicinske strålingsanordninger kunne miniaturiseres for at passe ind i et kateter, kunne lægerne bestråle tumorer med stærke niveauer af stråling uden at påvirke nærliggende væv, sagde Byer. For at gøre det ville lægerne trådte et kateter med en lille accelerator ind i kroppen og derefter pulsere en tumor med elektroner med et tilstrækkeligt lavt energiniveau, at alle stråling ville blive stoppet i tumorvævet, sagde Byer.

Shoebox acceleratorer kunne også hjælpe med at afsløre atomets mystiske indre virkninger. Lasere kan nu accelerere bunker af elektroner ved den anden sekundære tidsskala, som handler om "det samme tager en elektron at bane kernen i et atom," sagde Byer.

Ved hjælp af sådanne små tidsskiver "kan vi tage film af elektroner i atomernes kredse. Vi kan se elektroner bevæge sig for at gøre obligationerne."

Følg Tia Ghose på Twitterog Google+. Følge efter WordsSideKick.com @wordssidekick, Facebook & Google+. Originalartikel på WordsSideKick.com.


Video Supplement: .




DA.WordsSideKick.com
All Rights Reserved!
Reproduktion Af Materialer Tilladt Kun Prostanovkoy Aktivt Link Til Webstedet DA.WordsSideKick.com

© 2005–2019 DA.WordsSideKick.com