Упоминая "ускоритель частиц", большинство обычно вспоминают о гигантском Большом адронном коллайдере (ЦЕРН) в Женеве, протяженном на 27 километров кольце, где исследователи со всего мира проводят эксперименты для изучения элементарных частиц. Тем не менее, такие массивные ускорители являются редкостью. Мы, вероятно, сталкиваемся с ускорителями частиц в повседневной жизни, например, при медицинских исследованиях или в лечении рака. Даже такие устройства, хоть и не такие громоздкие, все равно несут потенциал для улучшения.
С усилиями физиков со всего мира стремятся уменьшить и усовершенствовать существующие устройства с помощью диэлектрического лазерного ускорения, известного как нанофотонные ускорители. Эти новые структуры имеют размеры порядка 0,5 миллиметра, а канал для ускорения электронов составляет лишь около 225 нанометров, что позволяет сделать ускорители настолько маленькими, как компьютерные чипы.
Принцип работы заключается в ускорении частиц при помощи ультракоротких лазерных импульсов, направленных на наноструктуры. Этот метод может быть использован в медицинских процедурах, включая лучевую терапию, предоставляя новые возможности для непосредственного воздействия на пораженные участки организма.
Профессор доктор Петер Хоммельхофф и его коллеги из команды FAU с кафедры лазерной физики считают, что у них есть потенциал для создания ускорителей частиц на чипе. Их последний успех включал использование метода фазовой фокусировки для контроля электронного потока в вакуумном канале на большие расстояния. Это был первый важный шаг в создании ускорителя частиц. Они смогли ускорить частицы на 12 килоэлектронвольт, что представляет собой значительный прирост в энергии.
Для достижения таких больших расстояний, физики объединили метод фазовой фокусировки с специальными геометрическими структурами, напоминающими столбы. Однако, это только начало пути. Их цель - увеличить выигрыш в энергии и электронный поток, чтобы ускоритель на чипе стал реалистичным для применения в медицине. Это требует увеличения выигрыша в энергии примерно в 100 раз, и возможно, расширения структур или создания нескольких каналов рядом друг с другом.
Интересно, что команда FAU работает совместно с коллегами из Стэнфордского университета над проектом "Ускоритель на чипе", который получает финансирование от Фонда Гордона и Бетти Мур. Это доказывает, что идеи такого рода разрабатываются не только на одной стороне океана.