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科学家研发微型粒子加速器 体积仅相当鞋盒大小

发布时间:2019-10-12 23:05:54

近日,戈登和贝蒂·摩尔基金会向斯坦福大学科学家捐赠了1350万美元,用于设计打造一个微型粒子加速器。据称,在未来五年内,一个通过国际合作完成的原型将能产生微型加速器的能量,大小相当于医院放射机器所产生的能量。不过研究人员表示,最终还是会增大这种微型加速器的规模,以媲美当今全球最强大的粒子加速器。

最近几个月来,欧洲粒子物理研究所大型强子对撞机一直在高强度运作,搜寻微型黑洞。高能粒子加速器能够搜寻微型黑洞,因此被认为是探索“多宇宙”迹象的关键。如果科学家能够以预测的能量在加速器中探测到微型黑洞,就可以证明多维度的存在,并延伸推断平行宇宙的存在。

欧洲粒子物理研究所科学家默-法伊扎尔解释说:“打个简单的比方,纸张是拥有长宽的二维物体,而许多平行的纸张叠在一起,就以高度的形式存在于三维的平行世界中。我们预测,引力能够渗入另一个维度。如果预测无误的话,我们就能在大型强大对撞机中生成微型黑洞。”

如今,大型强子对撞机的创记录高能量使得搜寻这些微型黑洞成为可能,并可追踪到消失在黑洞中的能量引力。然而,新的彩虹理论认为,拥有不同能量的粒子将面临不同的时空和不同的引力场,这或许可以解释大型强子对撞机至今仍未发现微型黑洞的原因。

在过去75年中,粒子加速器一直是科学家在物理、化学、生物和制药等领域的一项重要研究工具,它们能够解密先进医药技术,帮助科学家进一步了探究原子的内部工作原理。然而,受限于庞大的体积和高昂的造价,粒子加速器不易被科学家广泛使用。欧洲粒子物理研究所研究人员表示,探测器可对大型强子对撞机中飞出的数十亿粒子进行追踪,因此有望发现除长度、宽度、深度和时间之外维度的蛛丝马迹。

目前,粒子加速器均使用微波驱动粒子,因为微波拥有较长波长且发散空间广泛。在新的实验中,科学家用激光代替微波照射一块石英玻璃芯片,这样激光会与显微镜通道中的皱褶相互作用。美国SLAC国家加速器实验室物理学家乔尔-英格兰德是该五年项目的成员之一,他表示:“既然微芯片产业可以改革计算机,或许我们也能如此改革粒子加速器。缩小粒子加速器就是令它们变得体积更小,造价更低廉,一旦成功,加速器将变得平民化。”

在实验中,这种相互作用产生一个电场,提高经过电子的能量,这些电子以前在高能粒子加速器中都是被加速到接近光速。实验显示,在给定距离范围里,芯片能实现的能量提升比SLAC直线加速器还要高出10倍。德国埃尔朗根-纽伦堡大学科学家研究发现,激光可被用来加速较低能的电子,这些低能电子以前在加速器中未被提升到最大速度。利用这种技术,科学家可将加速器芯片组合起来,足球场那么长的芯片就能替代长2英里(约合3219米)的直线加速器相干光源。如此一来,科学家将有望缩小下一代对撞机,如计划中的日本国际直线对撞机,以进行物质新形态的探索。

该国际合作项目集合了加速器物理学、激光物理学、纳米光子学和纳米制造领域的世界知名专家,由斯坦福大学、SLAC国家加速器实验室,以及埃尔朗根-纽伦堡大学等全球多个实验室及大学合作,致力研发新一代“桌面型”粒子加速器。斯坦福大学应用物理学家罗伯特-拜尔表示:“激光能够以阿秒量级加速电子,所用时间相当于电子绕行原子核的时间。借助这种精确方法,研究人员将能够对原子中电子的环绕进行摄像,以便我们观测电子的移动与结合。”

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