В Стэнфорде продемонстрирован «ускоритель частиц на чипе»

Об этом достижении физиков Стэнфордского университета и лаборатории SLAC Министерства энергетики США сообщается в свежем номере журнала Nature. Стеклянный чип с наноструктурой, габаритами с зернышко риса является предвестником новых поколений компактных и недорогих ускорителей и источников рентгеновского излучения для сканирующих систем безопасности, медицинской терапии, исследований в биологии и материаловедении.

«Предстоит преодолеть еще множество препятствий до того, как эта технология станет практичной для прикладного использования, но, в итоге, она позволит существенно уменьшить размеры и стоимость будущих высокоэнергетичных коллайдеров для исследования мира фундаментальных частиц и сил», — заявил участник эксперимента Джоэль Ингланд (Joel England) из лаборатории SLAC.

Перспективы этого выглядят вполне реальными, так как в эксперименте использовались коммерческие лазеры и технологии малозатратного массового производства.

В ходе первой демонстрации достигнут градиент ускорения, или количество энергии на единицу длины ускорителя, 300 млн эВ/м. Это приблизительно в 10 раз больше, чем обеспечивает современный линейный ускоритель SLAC длиной более 3 км. Показательно, что уже на этом начальном этапе потенциал, заключенный в данной технологии, реализован почти на треть: конечная цель, поставленная учеными, — достичь градиента в 1 млрд эВ/м.

Сегодняшние ускорители работают в два этапа. Сначала, они разгоняют частицы до субсветовых скоростей, а затем, увеличивают их энергию микроволновым излучением.

В экспериментальной установке электроны разгонялись до околосветовой скорости обычным ускорителем. Затем, они фокусировались в тонкий канал диаметром 0,5 мкм и длиной 1 мм в стеклянном чипе. Этот канал предварительно покрывался точно позиционированными нановыступами. Взаимодействуя с ними, излучение инфракрасного лазера генерировало электрические поля, которые увеличивали энергию электронов, проходящих через канал.

Однако для получения полноценного настольного ускорителя требуется найти более компактный метод предварительного разгона электронов. Наиболее многообещающих результатов в этом направлении достигла объединенная группа исследователей из Университета Фридриха Александра и Института квантовой оптики им. Макса Планка, возглавляемая Петером Хоммельхофом (Peter Hommelhoff). В Physical Review Letters они сообщили об успешном применении лазера для ускорения низкоэнергетичных электронов.