世界最小粒子加速器启动

发布者：火狐媚影 2023-10-31 09:04

参考消息网10月30日报道据美国趣味科学网站10月25日报道，科学家们最近首次启动了世界上最小的粒子加速器。这一微小的技术胜利——该粒子加速器与一枚小硬币差不多大——可能开辟广泛的应用领域，包括在人类患者体内使用微型粒子加速器。

这台新机器被称为纳米光子电子加速器(NEA)，它包含一块很小的微芯片，里面有一根更小的、由数千个单独“支柱”组成的真空管。研究人员可以通过向这些“支柱”发射微型激光束来加速电子。

NEA的主加速管长约0.02英寸(约合0.5毫米)。这一长度是欧洲核子研究中心大型强子对撞机长16.8英里(约合27公里)环形隧道的5400万分之一。

大型强子对撞机是世界上最大、最强的粒子加速器。它发现了一系列新粒子，包括希格斯玻色子(被称为“上帝粒子”)、中微子、粲介子和神秘的X粒子。

这根微型管的内直径仅为约225纳米。而根据美国国家纳米技术计划的数据，人类头发的直径为8万至10万纳米。

据报道，在10月18日发表在英国《自然》周刊上的一项新研究中，德国埃朗根-纽伦堡大学的研究人员使用这一微型装置将电子从28.4千电子伏特能量值加速到40.7千电子伏特，提升幅度约为43%。

研究人员在一份声明中称，这是NEA——2015年首次提出这一概念——首次成功运行。美国斯坦福大学的研究人员已经用他们的微型加速器再现了这一壮举，但他们的研究结果仍在接受评估。

上述新研究报告的合著者、埃朗根-纽伦堡大学物理学家罗伊·希洛在声明中说：“这是我们首次真正能够谈论(微)芯片上的粒子加速器。”

大型强子对撞机利用9000多块磁铁制造出一个磁场，将粒子速度提升至光速的99.9%左右。

NEA也会创造一个磁场，但它是通过向真空管中的“支柱”发射光束来工作的。这会以正确的方式放大能量，但由此产生的能量场要弱得多。

NEA加速的电子的能量只有大型强子对撞机加速的粒子的百万分之一左右。不过，研究人员相信，他们可以通过使用替代材料或将多个真空管叠在一起来改进NEA的设计，这可以进一步加速粒子。尽管如此，它们永远无法达到与大型对撞机相同的能量水平。

报道称，这或许不是坏事，因为制造这些加速器的主要目标是，将加速电子释放的能量用在靶向医学疗法中，以取代较具破坏性的几种放射治疗手段。医务人员用放射治疗来杀死癌细胞。

研究报告的第一作者、埃朗根-纽伦堡大学物理学家托马斯·赫劳巴在声明中写道：“理想的应用方式是，在内窥镜上安装一个粒子加速器，以便在患者体内受影响区域直接进行放射治疗。”但他也说，要实现这一目标，还有很长的路要走。

欧洲核子研究中心展示的射频粒子加速器（法新社）