Учёные разработали ускоритель частиц размером с микросхему

Команда учёных под руководством Карстена Велша из Ливерпульского университета разработала принципиально новый способ миниатюризации синхротронов — устройств, использующих мощные магнитные и электрические поля для ускорения электронов и исследования мельчайших структур материи. Созданное учеными крошечное устройство, может поместиться на одном микрочипе и излучать мощнейшие рентгеновские лучи. Об этом сообщает Popular Mechanics.

Фото из открытых источников

Традиционные синхротроны представляют собой гигантские сооружения. Например, Стэнфордский линейный ускоритель имеет длину почти два километра, а Большой адронный коллайдер в ЦЕРН охватывает кольцо длиной около 27 километров. Новое устройство позволит усовершенствовать научные исследования, открыв дорогу к мощным источникам излучения доступным практически каждому исследовательскому институту и университетской лаборатории.

Принцип работы предложенного устройства основан на необычном свойстве света, называемом поверхностными плазмон-поляритонами (SPP). Это волны, возникающие на поверхности материала при воздействии лазерного луча определённой поляризации. В ходе моделирования учёные использовали круговую поляризацию лазера, проходящего сквозь микроскопический полый цилиндр, выполненный из углеродных нанотрубок. Благодаря особенной структуре нанотрубок, электроны внутри цилиндра начинают двигаться синхронно с вращением светового поля, образуя своего рода спиральный поток.

Этот эффект позволяет создавать невероятно сильные электрические поля — вплоть до нескольких теравольт, что открывает путь к созданию компактных ускорителей, производящих высококачественное излучение, пригодное для изучения сложных молекул лекарств, биологической ткани и других материалов.

Однако пока этот проект существует лишь виртуально. Для его реализации потребуется высокоточная техника производства наноструктурированных компонентов и специальные высокоэнергетичные лазеры. Тем не менее, исследователи уверены, что современные технологии позволяют преодолеть эти трудности.

Хотя это всего лишь концепция, авторы считают, что разработка может стать важным этапом эволюции научных инструментов, подобно тому, как компьютер ENIAC весом в десятки тонн превратился в современный карманный смартфон. Если удастся создать рабочий прототип такого микроускорителя, наука получит мощный инструмент для исследований.

Источник