|
Ускоритель частиц помещается на одном микрочипе
|
|
|
|
Созданный в 1945 году электронный цифровой интегратор и компьютер, или ENIAC, был первым в мире цифровым программируемым компьютером — он также весил 30 тонн и был размером с небольшую комнату. Сегодня компьютеры неизмеримо мощнее, чем ENIAC, и могут поместиться в вашем кармане.
|
|
|
|
Это знакомая технологическая траектория. Сначала вы начинаете с большого — по—настоящему большого - и за десятилетия инноваций и совершенствования все сокращается до более удобных для потребителя размеров. Но может ли то, что сработало для компьютеров, также привести к миниатюризации сверхсложных научных приборов, таких как ускорители элементарных частиц?
|
|
|
|
Карстен Уэлш, физик-ускоритель, и его команда из Ливерпульского университета в Великобритании, безусловно, так считают. В новой статье для The Conversation Уэлш подробно описывает новую экспериментальную установку, которая использует углеродные нанотрубки и лазерный луч для создания невероятно мощных рентгеновских лучей на микрочипе. Как правило, для изучения таких вещей, как молекулы лекарств или биологические ткани, ученым нужен синхротрон — тип ускорителя частиц, который использует магнитное или электрическое поле для искривления электронов, испускающих “синхротронный свет”, который обычно представляет собой рентгеновские лучи.
|
|
|
|
Синхротрон Стэнфордского центра линейных ускорителей (SLAC) простирается почти на две мили, а Большой адронный коллайдер в ЦЕРНе может похвастаться еще большей окружностью - 17 милями. С другой стороны, микроскопический синхротрон Уэлша, по сути, поместился бы на микрочипе, что упростило бы доступ к этой передовой технологии и, как мы надеемся, стимулировало бы исследования в самых разных областях. Результаты исследования были опубликованы в этом месяце в журнале Physical Review Letters.
|
|
|
|
|
|
|
“Принцип основан на особом свойстве света, известном как поверхностные плазмон-поляритоны (ППП)”, - написал Уэлш для The Conversation. “Это волны, которые образуются, когда лазерный луч попадает на поверхность материала. В ходе моделирования лазерный импульс с круговой поляризацией был направлен через крошечную полую трубку. Этот поляризованный лазерный импульс представляет собой свет, который при движении закручивается, очень похожий на штопор.”
|
|
|
|
По словам Уэлша, это спиралевидное поле захватывает и ускоряет электроны в углеродной нанотрубке, заставляя их двигаться синхронно и следовать за спиралевидным движением. Углеродные нанотрубки — как благодаря своей цилиндрической структуре, так и благодаря возможности выращивать их в “лесу” из вертикальных и близко расположенных нанотрубок - создают идеальную среду для этого спирального излучения, и моделирование показывает, что эта установка способна создавать электрические поля силой до нескольких теравольт.
|
|
|
|
Это не единственный эксперимент, направленный на миниатюризацию технологий ускорителей частиц. Этим летом исследование, проведенное в Университете Осаки, показало, как микрозаряды могут создавать мощные настольные ускорители, а буквально в прошлом месяце ученые Массачусетского технологического института разработали коллайдер микроскопических частиц, используя молекулу монофторида радия.
|
|
|
|
Авторы этого нового исследования отмечают, что их ускоритель на основе углеродных нанотрубок в настоящее время существует только в цифровом виде, и признают, что любая попытка создать эту машину экспериментальным путем потребовала бы использования высококонтрастных лазеров и сверхточного изготовления микротрубок. Тем не менее, “мощные лазеры с круговой поляризацией и точно изготовленные структуры из нанотрубок являются стандартными инструментами в передовых исследовательских лабораториях”, - пишет Уэлш.
|
|
|
|
Возможно ли, что ускорители элементарных частиц в настоящее время переживают свой звездный час в области ENIAC? Точно так же, как мощные суперкомпьютеры продолжают решать самые сложные задачи, ускорители могут пойти по тому же пути. Такие машины, как SLAC и LHC, будут продолжать выводить науку на новые рубежи, в то время как лаборатории по всему миру будут работать со своими собственными настольными ускорителями, больше не ограничиваясь многомесячным процессом получения всего нескольких часов работы с пучком.
|
|
|
|
Источник
|
