Вчені створили перший в світі нанофотонний прискорювач електронів, який прискорює негативно заряджені частинки за допомогою міні-лазерних імпульсів і досить малий, щоб поміститися на монеті.
Нещодавно вчені вперше запустили найменший у світі прискорювач частинок — нанофотонний прискорювач електронів (NEA). Він складається з мікрочіпа, в якому знаходиться крихітна прискорювальна трубка довжиною всього кілька міліметрів. Сама вакуумна трубка — це тисячі окремих «стовпів». Дослідники можуть прискорювати електрони, направляючи на них міні-лазерні промені.
Довжина головної прискорювальної труби становить приблизно 0,5 мм, що в 54 млн разів менше кільця довжиною 27 км Великого адронного коллайдера ЦЕРН (БАК) у Швейцарії. Це найпотужніший прискорювач частинок, який допоміг фізикам виявив кілька нових частинок, включаючи бозон Хіггса (або частинку Бога), примарні нейтрино, чарівний мезон і загадкову частку X.
Ширина внутрішньої частини крихітного тунелю становить всього близько 225 нанометрів. За даними Національного інституту нанотехнологій, товщина людського волосся становить від 80 000 до 100 000 нанометрів.
Дослідники з Університету Ерлангена-Нюрнберга імені Фрідріха-Олександра (FAU) в Німеччині використовували крихітне пристосування для прискорення електронів з 28,4 до 40,7 кілоелектронвольта. Це перший випадок успішного запуску нанофотонного прискорювача електронів. Вперше його концепцію запропонували в 2015 році, пишуть дослідники. Співробітники Стенфордського університету теж повторили цей трюк зі своїм міні-прискорювачем, але їх результати все ще знаходяться на розгляді.
БАК використовує більше 9 000 магнітів для створення магнітного поля, яке прискорює частинки приблизно до 99,9% швидкості світла. NEA також створює магнітне поле, але працює, направляючи промені світла на стовпи вакуумної трубки; це підсилює енергію, але створюване енергетичне поле набагато слабкіше.
Енергія електронів, прискорених NEA, становить близько однієї мільйонної від енергії частинок, прискорених на БАК. Однак фізики вважають, що вони можуть поліпшити конструкцію NEA, використовуючи альтернативні матеріали або маючи у своєму розпорядженні кілька трубок поруч один з одним. Тим не менш, вони ніколи не досягнуть тих же енергетичних рівнів, що і великі колайдери.
Однак варто враховувати, що основна мета створення цих прискорювачів — використовувати енергію, що виділяється прискореними електронами, в медицині. У перспективі, NEA може замінити променеву терапію, яку використовують для знищення ракових клітин.
Результати дослідження опубліковані в журналі Nature.