Обычно ускорители частиц – это гигантские лаборатории с большими инструментами, которые способны вырабатывать невероятную энергию. Эта энергия необходима для исследования того, что мы не знаем о физике, химии и биологии.
Ускорители частиц могут быть и небольшими – главное, чтобы были мощными. Именно этого и смоги добиться исследователи из Национальной ускорительной лаборатории СЛАК в США. Они создали кремниевый чип, который может разгонять электроны до высокой скорости на расстоянии меньше ширины человеческого волоса. Полноценному ускорителю требуется более метра для достижения того же результата, а окружность самого известного – Большого адронного коллайдера – почти 27 километров.
Прототип миниатюрного устройства – наноразмерный канал из кремния, запечатанный в вакууме. По нему пущены электроны. Ускорение обеспечивается не микроволнами или магнитами (которые чаще всего используют), а с помощью инфракрасного лазерного импульса, так как инфракрасный свет легко проходит сквозь кремний.
«Самые крупные ускорители, как мощные телескопы. Есть только несколько в мире и, чтобы ими воспользоваться, ученый должен прибыть в специальную лабораторию. Мы хотим миниатюризировать технологию ускорителей таким образом, чтобы она стала более доступным инструментом исследования», – говорит ведущий автор Елена Вукович из Стэнфордского университета.
Команда исследователей возлагает большие надежды на будущее применение своего нового устройства. Подобно тому, как резкий переход к персональным компьютерам произвел революцию в мире, мини-ускорители могут изменить многие области, такие как медицина и биология.
К примеру, в медицине ускоритель может помочь при целенаправленном лечении рака. Катетер вводится под кожу прямиком к опухоли, а электроны, ускоренные миниатюрным устройством, проходят сквозь него и поражают раковые клетки напрямую, не нанося вреда здоровым.
В своем нынешнем виде крохотный ускоритель частиц не готов к практическому использованию, но он показывает, что концепция работает. На данный момент ему удалось дать электронам импульс энергии 0,915 килоэлектронвольт, что примерно в тысячу раз меньше, чем необходимо для исследований или медицинских применений. Но ученые надеются разогнать его до необходимой отметки к концу 2020 года.