Миниатюрный ускоритель частиц, который может изменить мир

Мы как-то привыкли к тому, что ускорители частиц – это гигантские, неимоверно дорогостоящие комплексы, вроде Большого адронного коллайдера. Камеры, в которых частицы приобретают огромную скорость, бывают как круглыми, так и идеально прямыми, но их длина исчисляется километрами. Однако в будущем некоторые устройства этого типа будут выглядеть кардинально иначе.

Не так давно был представлен ускоритель, встроенный в микрочип. Его длина составляет 0.03 мм, что примерно равно диаметру человеческого волоса.

Миниатюрный ускоритель частиц, который может изменить мир

Как он может что-то ускорять? И почему он такой крошечный?

Тут потребуются некоторые объяснения. Эти устройства, как известно, убыстряют пучки заряженных электронов, протонов и других частиц, фокусируя их с помощью магнитных и электрических полей. Эти «снаряды» проносятся сквозь вакуум практически со скоростью света, после чего врезаются либо в другой такой же пучок, либо в неподвижную мишень. Получаемые в результате данные помогают учёным лучше понять природу и поведение субатомных частиц, что, в свою очередь, способно обеспечить научные прорывы в химии, биологии, материаловедении, других науках.

Миниатюрный ускоритель частиц, который может изменить мир

Однако команда смелых исследователей из Стэнфорда и Национальной ускорительной лаборатории SLAC решила взглянуть на эту концепцию с другой стороны. Она первой в мире создала действующий прототип миниатюрного ускорителя частиц внутри кремниевого чипа. Учёные вытравили в нём канал, «запечатали» его в вакууме, после чего разогнали электроны посредством инфракрасных лазерных импульсов, количество которых доходило до 100000 в секунду.

Миниатюрный ускоритель частиц, который может изменить мир

Естественно, элементарные частицы убыстрились не так, как в том же БАКе, зато им не требовались огромные магниты и электрические поля. Инфракрасный свет был использован из-за крошечной длины волны – она в десять раз меньше, чем у того же человеческого волоса, и этой энергии достаточно для ускорения электронов в границах миниатюрного тоннеля чипа. Учёным пришлось идти от обратного – они понимали, чего хотят добиться от света, поэтому проектирование шло от конца к началу, а не наоборот, как обычно. Это, в частности, относится к размещению наноструктур внутри чипа.

На данный момент это всего лишь прототип, но он разработан в рамках гораздо более масштабного проекта, который называется «ACHIP».

Миниатюрный ускоритель частиц, который может изменить мир

У этого направления исследований гигантский практический потенциал. В результате экспериментов на полномасштабных ускорителях частиц удалось разработать технологии, которые широко используются в медицине, в том числе для лучевой терапии онкологических заболеваний. Миниатюрные устройства этого типа могут стать огромным подспорьем в той же самой отрасли. Учёные уже начали работу над новым микрочипом, который должен быть готов к концу этого года. В нём частицы будут ускоряться до более высоких значений.

Отдельным направлением исследований является создание устройства, использующего высокоэнергичные электроны для непосредственного лечения человеческого организма. Оно могло бы оказывать точечное воздействие на раковые опухоли, снизив побочный ущерб от неизбирательной лучевой терапии.

Миниатюрный ускоритель частиц, который может изменить мир

Учёные сравнивают миниатюризацию ускорителей частиц с той трансформацией, которую претерпели компьютеры за последние десятилетия своего существования – от монстров, занимавших целые этажи, до удобных плоских прямоугольников, помещающихся в кармане.

Читайте также:  25 интересных фактов о музыке

Дальнейшее развитие технологии позволит сделать её доступной для научных коллективов всего мира и, возможно, крошечным ускорителям найдутся новые, совершенно потрясающие применения.

Источник

Оцените статью
YouTesla.ru
Добавить комментарий