CERN in einem Schuhkarton? Winzige Teilchen-Beschleuniger kommen

Wissenschaftler bald Teilchenbeschleunigern entwickeln könnte, die in einem Schuhkarton passen können, sagen Experten.

Das Projekt, das noch in den Kinderschuhen steckt, würde auf Laser, anstatt Mikrowellen, Rampe Teilchen auf Lichtgeschwindigkeit in der Nähe von verlassen.

Mit Hilfe von Lasern, "Sie können Partikel in einem kürzeren Abstand kommt man zu einer höheren Energie, beschleunigen", sagte Joel England, Forscher am SLAC National Accelerator Laboratory in Menlo Park, Kalifornien, und einer der wichtigsten Forscher an dem Projekt beteiligt. [Fotos von der weltweit größten Atom Smasher]

Die frühesten Formen der Technologie wahrscheinlich für medizinische Physik und Experimente verwendet werden würde, um Atome in Echtzeit zu sehen, sagen Experten. Aber wenn die neue Methode Pfannen aus, es könnte schließlich zu den weltweit größten Atom Smashers hochskaliert werden, und dem Gebiet der Teilchenphysik zu demokratisieren.

Denken groß und klein

Wenn es darum geht, Teilchenbeschleuniger, denken die meisten Physiker groß. Riesige unterirdische Ringe, Span Land grenzt. Verlassene Minenschächte und unterirdischen Festungen, die tief in den Eingeweiden der Erde begraben. Lange genug Tunneln, um von einem Ende von Los Angeles zu einem anderen zu erweitern. Die modernsten Physik erfordert höhere Energien und höhere Energien erfordern längere Strecken Fahrt aufnehmen.

Aber solche ehrgeizigen Unternehmungen unglaublich teuer sind, und sie bedeuten, dass nur ein paar glückliche bestimmte Teilchen-Physik-Experimente durchführen können. In der Tat gibt es nur etwa 30.000 Beschleuniger weltweit nach Symmetrie Magazin. Das klingt nach viel, aber es ist in der Regel eine riesige Schlange noch energieärmeren Beschleuniger verwenden England sagte. Und energieärmeren Teilchenbeschleunigern noch benötigen viel Platz – ein Luxus, nur wenige Universitäten leisten können, fügte er hinzu.

Aber das ist, weil Teilchen Atomwissenschaftler jetzt abhängig von Mikrowellen, Teilchen Energie zu erhöhen, sagte England. Da Mikrowellen eine lange Wellenlänge haben – zwischen 0,04 Zoll und 39 Zoll (0,1 cm bis 100 cm) – das heißt, sie nehmen einen längeren Raum, ein Teilchen Energie zu erhöhen.

Mikrowelle Stromverstärker in Teilchenbeschleunigern eine Mikrowelle in gewisser Weise ähnlich sind, sagte England.

"Es ist ein Hohlraum, es legt einen geschlossenen Metall Apparat, dass Sie Mikrowellenleistung in und es Pumpen ein Feld drin," sagte England. "Statt Kochen Ihre TV-Dinner, produziert es eine andere Art von Feld, das eine elektrische Komponente entlang der Achse aufweist, so dass Partikel, die dort durchlaufen haben einen Kick sehen werden."

Laser-Beschleuniger

Aber in den letzten Jahren fortschrittliche Lasertechnologie durch Sprünge und Grenzen. Und weil Laser eine viel kürzere Wellenlänge haben (sichtbares Licht hat eine Wellenlänge, die zwischen 400 Nanometer und 700 nm), das heißt Laser-gesteuerte Beschleuniger konnte erheblich schrumpfen.

Also, haben England und eine Vielzahl von Kolleginnen und Kollegen sich zusammengetan, um ein Laser-gesteuerte Gaspedal zu entwerfen, die auf einen Mikrochip gedruckt werden kann. [Infografik: Wie funktionieren Laser?]

"Das Endziel aller Komponenten, die benötigt werden um Partikel zu nützlichen Energien zu beschleunigen, und all das mit den gleichen Arten von Geräten auf einen einzelnen Silizium-Wafer zu tun haben", sagte England Leben Wissenschaft.

Lasern würde höhere Feld Intensitäten erlauben, weil sie das Metall Hohlräume nicht schaden würde, wie Mikrowellen. Darüber hinaus sagte Microfabrication Forscher, Hunderte von Beschleunigern in Serie auf einem einzelnen Wafer squish ermöglichen könnte, England.

Vor kurzem erhielt das Team soll einen funktionierenden Prototyp in fünf Jahren, und das Projekt haben Millionen von Dollar bei der Finanzierung von der Gordon and Betty Moore Foundation, die Wirklichkeit werden zu lassen. Kurzfristig hofft das Team kleinere Beschleuniger Energien, Krankenhaus Strahlung Maschinen entspricht.

Schließlich könnte die Technologie verwendet werden, zu miniaturisieren große Atomwissenschaftler, wie den geplanten International Linear Collider, einer nächsten Generation Anlage voraussichtlich in Japan gebaut werden, die für ganz neue Formen der Materie jagen würde. Es könnte auch verwendet werden, um die Wiederverwendung von vorhandenen Beschleuniger, wie z. B. SLAC, sagte Robert Byer, eine angewandte Physiker an der Stanford University, der auch in das Projekt involviert ist.

"Haben wir einen kleineren Beschleuniger, wir in der Lage, eine Version des SLAC, der nur 30 Meter lang, [98 Fuß] ist nicht 3 Meilen [1,8] lang, bauen", sagte Byer. "Sie würden eine Menge Geld auf Tunnel und alles, was Tiefbau sparen."

Viele Hindernisse

Jedoch dauert das bis zu diesem Punkt einiges an Einfallsreichtum.

Zum einen hat nicht das Team eine Quelle von Teilchen gefunden, die Silizium-Wafer-Technologie hergestellt werden können. Dies bedeutet, dass das Team erfinden, möglicherweise mit Blick auf Diamanten oder Silizium Elektronen abgeben muss. Diese Elektronen dann mit hoher Geschwindigkeit durch einen fokussierten Laserstrahl stieß werden würde, sagte Byer.

Um die Elektronen in die unglaublich fokussierten Strahl zu erhalten für Partikel die benötigten benötigen Beschleunigung wahrscheinlich Herstellung von winzigen Wellenleiter in den Chip. Die Forscher haben auch eine Möglichkeit, den Laser zu den anderen Geräten auf dem Chip zu koppeln finden, sagte Byer.

Neue Anwendungen

Eine der aufregendsten Möglichkeiten auf dem Gebiet der medizinischen Behandlung, sagte Byer. Vorhandene medizinische Strahlungsgeräte sind riesige Apparate, die einen ganzen Raum einnehmen können, und Strahlung oft bombardiert andere Teile des Körpers über den Tumor.

Aber wenn medizinische Strahlungsgeräte miniaturisiert werden könnte, um in einen Katheter passen Ärzte Tumoren mit starker Strahlung bestrahlen können, ohne in der Nähe Gewebe, Byer sagte. Dazu, dass Ärzte würden thread einen Katheter mit einem winzigen Beschleuniger in den Körper und dann Puls ein Tumors mit Elektronen in einem ausreichend niedrigen Energieniveau, dass die Strahlung im Tumorgewebe gestoppt werden würde, Byer sagte.

Schuhkarton Beschleuniger könnte auch dazu beitragen, die geheimnisvolle Innenleben des Atoms zu offenbaren. Laser können jetzt beschleunigen Byer Trauben von Elektronen bei der Attosekunden-Zeitskala, die "zur gleichen Zeit es nimmt ein Elektron um den Atomkern umkreisen", sagte.

Mit solchen kleinen Zeitscheiben, werden"wir in der Lage, Filme von Elektronen in den Bahnen der Atome. "Wir werden in der Lage, Elektronen bewegen sich um die Anleihen machen zu sehen."

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