In einer Vorauszahlung , die dramatisch schrumpfen könnte Teilchenbeschleuniger für Wissenschaft und Medizin , verwendeten die Forscher einen Laser, um Elektronen mit einer Rate 10-mal höher als bei herkömmlichen Technologie in einem nanostrukturierten Glas-Chip kleiner als ein Reiskorn zu beschleunigen.
Die Leistung wurde in der Natur von einem Team mit Wissenschaftlern des US Department of (DOE) SLAC National Accelerator Laboratory und der Universität Stanford Energy berichtet .
"Wir haben noch eine Reihe von Herausforderungen , bevor diese Technologie wird praktisch für realen Einsatz , aber irgendwann würde im wesentlichen die Größe und Kosten der Zukunft hochenergetischen Teilchenbeschleunigern für die Erkundung der Welt der Elementarteilchen und Kräfte zu reduzieren ", sagte Joel England die SLAC Physiker, der die Experimente geführt. " Es könnte auch dazu beitragen, dass kompakte Beschleuniger und Röntgengeräte für die Sicherheitsanalyse , medizinische Therapie und Bildgebung und Forschung in Biologie und Materialwissenschaften. "
Weil es kommerziellen Lasern und kostengünstige Massenproduktionstechnikenbeschäftigt , nach Ansicht der Forscher wird die Bühne für neue Generationen von " Tischplatte " Beschleuniger eingestellt .
Bei voll ausgeschöpft werden, könnte der neue " Beschleuniger auf einem Chip " das Beschleunigungsvermögen des SLAC der 2- Meile langen Linearbeschleuniger in nur 100 Meter entsprechen , und liefern eine Million mehr Elektronenpulse pro Sekunde.
Diese erste Demonstration erreicht eine Beschleunigung des Verlaufs oder pro Längen Menge an Energie gewonnen , von 300 Millionen Elektronenvolt pro Meter. Das ist etwa 10-mal die Beschleunigung von der aktuellen SLAC Linearbeschleuniger bereitgestellt .
" Unser Ziel für diese Struktur ist eine Milliarde Elektronenvolt pro Meter , und wir sind bereits ein Drittel des Weges in unserem ersten Experiment ", sagt Stanford-Professor Robert Byers , der Principal Investigator für diese Forschung .
Heutige Beschleuniger verwenden Mikrowellen , um die Energie der Elektronen zu erhöhen. Die Forscher haben für mehr wirtschaftliche Alternativen gesucht, und diese neue Technik, die ultraschnelle Laser verwendet, um das Gaspedal zu fahren , ist ein führender Kandidat.
Teilchen werden im allgemeinen in zwei Stufen beschleunigt. Erstens sind sie nahezu mit Lichtgeschwindigkeit gesteigert werden. Dann erhöht jeder zusätzliche Beschleunigung ihrer Energie , nicht aber ihre Geschwindigkeit; das ist der schwierigste Teil .
In dem Beschleuniger -on- a-Chip- Experimenten werden Elektronen zuerst nahe Lichtgeschwindigkeit in einem herkömmlichen Beschleuniger beschleunigt. Dann werden sie in eine kleine , halb - Mikron - Hoch Kanal innerhalb eines Quarzglas -Chip nur einen halben Millimeter lang ausgerichtet sind. Der Kanal war mit genau Abstand nanoskalige Grate gemustert worden . Infrarotlaser Licht auf das Muster erzeugt elektrische Felder, die mit den Elektronen in dem Kanal wechselwirken, um ihre Energie zu steigern .
Durch Drehen des Beschleunigers auf einem Chip in einen vollwertigen Tisch Beschleuniger wird eine kompaktere Weise erforderlich , um die Elektronen auf Trab bringen , bevor sie in das Gerät eindringen .
Eine Zusammenarbeit Forschungsgruppe in Deutschland, vertreten durch Peter Hommelhoff am Max-Planck Institut für Quantenoptik geführt hat, für eine solche Lösung gesucht. Er berichtet gleichzeitig in Physical Review Letters seinen Erfolg in mit Hilfe eines Lasers , um energieärmere Elektronen beschleunigt.
Anwendungen für diese neuen Teilchenbeschleuniger würde weit über die Teilchenphysik zu gehen. Byer die Laserbeschleunigerkönnte kompakte Röntgen- Freie-Elektronen- Lasern vergleichbar SLAC der Linac Coherent Light Source , die Allzweck- Werkzeug für eine Vielzahl der Forschung sind zu fahren.
Eine weitere mögliche Anwendung klein ist, um tragbare Röntgenquellen medizinische Versorgung für die Menschen im Kampf verletzt zu verbessern, sowie bieten erschwinglicher medizinischer Bildgebung für Krankenhäuser und Laboratorien . Das ist eines der Ziele der ( DARPA ) Erweiterte Röntgen Integrierte Quellen ( Achse) Programms der Defense Advanced Research Projects Agency , die teilweise diese Forschung finanziert. Primäre Finanzierung für diese Forschung ist vom Office of Science des DOE .