Новий тип прискорювача частинок може повністю змінити науку . Менше за товщину волосини людини

Учені виявили, що прискорювач частинок, який створює інтенсивне рентгенівське випромінювання, можна втиснути в пристрій, що поміщається на столі. Наразі інтенсивне рентгенівське випромінювання створюється за допомогою пристрою, відомого як джерело синхротронного випромінювання. Такі пристрої використовуються для вивчення матеріалів, молекул лікарських препаратів і біологічних тканин. Але навіть найменші синхротрони мають розмір приблизно з футбольний стадіон. Дослідження, опубліковане в журналі Physical Review Letters, показує, як крихітні структури, звані вуглецевими нанотрубками, і лазерне світло можуть створювати інтенсивне рентгенівське випромінювання. Хоча пристрій поки що перебуває на стадії концепції, його розробка може змінити медицину, матеріалознавство та інші галузі науки, пише ScienceAlert.

Більшість людей уявляють прискорювачі частинок як величезні кільця з металу і магнітів, які знаходяться під землею. Наприклад, Великий адронний колайдер у Швейцарії (найбільший у світі прискорювач частинок) являє собою кільце довжиною 27 кілометрів.

• Нове дослідження показує, що незабаром може з'явитися можливість створення компактних прискорювачів частинок завширшки лише кілька мікрометрів, а це менше за товщину волосини людини. Вони могли б створювати високоенергетичне рентгенівське випромінювання, подібне до того, яке виробляють синхротронні установки вагою в мільярди кілограмів, але новий пристрій можна розмітити на столі.

Принцип роботи крихітного прискорювача частинок ґрунтується на особливій властивості світла, відомій як поверхневі плазмонні поляритони. Це хвилі, які утворюються, коли лазерне світло прилипає до поверхні матеріалу. У моделюванні поляризований лазерний імпульс посилали через крихітну порожнисту порожнисту трубку. Цей імпульс являє собою світло, яке закручується під час руху, подібно до штопора.

Вихрове поле захоплює і прискорює електрони всередині трубки, змушуючи їх рухатися по спіралі. Синхронно рухаючись, електрони випускають випромінювання, посилюючи інтенсивність світла. Вчені створили мікроскопічний синхротрон, у якому діють ті самі фізичні принципи, що й у величезних пристроях.

Для цього вчені використовували вуглецеві нанотрубки. Це циліндричні структури з атомів вуглецю, розташованих у шестикутних візерунках. Ці нанотрубки здатні витримувати дуже сильні електричні поля, у сотні разів сильніші, ніж у звичайних прискорювачах частинок. Унікальна архітектура нанотрубок забезпечує ідеальні умови для взаємодії лазерного випромінювання, що спірально обертається, з електронами.

• Моделювання показало, що ця взаємодія може створювати електричні поля напруженістю в кілька трильйонів вольт на метр. Це значно перевершує можливості сучасних прискорювачів частинок.

Подібні прискорювачі частинок можуть змінити доступ до передових джерел рентгенівського випромінювання. Настільний прискорювач частинок можна буде використовувати скрізь, де це необхідно.

• У медицині можна буде отримати чіткіші мамограми і нові методи візуалізації, що дають змогу отримувати зображення м'яких тканин із безпрецедентною деталізацією.
• У галузі розробки лікарських препаратів вчені зможуть аналізувати структури білків безпосередньо в лабораторії, що значно прискорить розробку нових методів лікування.
• А в матеріалознавстві та напівпровідниковій інженерії це дасть змогу проводити неруйнівні високошвидкісні випробування чутливих компонентів.

Наразі розробка крихітного прискорювача частинок перебуває на стадії моделювання. Але необхідні компоненти вже існують. Далі вчені планують створити прототип і провести його випробування. У разі успіху це ознаменує початок нового покоління компактних джерел випромінювання.

Інформує focus.ua