(Neil Sapra) Teilchenbeschleuniger wie der Large Hadron Collider (LHC) sind unglaublich nützliche – und normalerweise unglaublich große – Instrumente zur Untersuchung einiger Grundlagen der Teilchenphysik. Doch nun ist es Wissenschaftlern gelungen, eines auf einen Siliziumchip zu pressen.
Er ist bei weitem nicht so leistungsstark wie die größeren Versionen, wie man vielleicht erwarten würde, aber der neue Teilchenbeschleunigerchip könnte dennoch für Forscher sehr hilfreich sein, die keinen Zugang zu gigantischen Teilchenbeschleunigeraufbauten haben.
Obwohl es sich bei diesem ersten Modell nur um einen Prototyp handelt, hofft das dahinterstehende Team, dass es ein erster Schritt hin zur Bereitstellung einer kompakteren Alternative zu den bekannten Massenteilchenbeschleunigern, einschließlich des LHC und dem, ist SLAC National Accelerator Laboratory .
„Die größten Beschleuniger sind wie leistungsstarke Teleskope“ sagt Elektroingenieurin Jelena Vuckovic , von der Stanford University. „Es gibt nur wenige auf der Welt und Wissenschaftler müssen an Orte wie SLAC kommen, um sie zu nutzen.“
„Wir wollen die Beschleunigertechnologie so miniaturisieren, dass sie zu einem zugänglicheren Forschungswerkzeug wird.“
Um dies zu erreichen, griffen die Forscher auf die viel kürzeren Wellenlängen von Lasern zurück und nicht auf die herkömmliche Mikrowellenbeschleunigung, die am SLAC verwendet wird.
Sie schnitzten einen nanoskaligen Kanal aus Silizium – kleiner als die Breite eines menschlichen Haares –, versiegelten ihn im Vakuum und trieben dann Elektronen mit Impulsen von Infrarotlicht (Silizium) durch ihn hindurch erscheint transparent zu Infrarot-Lichtstrahlen).
Die Forscher verwendeten bei der Entwicklung des Teilchenbeschleunigers einen, wie sie es nennen, „umgekehrten“ Ansatz, indem sie zunächst herausfanden, wie viel Lichtenergie sie liefern wollten, und dann rückwärts arbeiteten, um nanoskalige Strukturen zu schaffen, die diese liefern können.
Während die Laserbeschleunigung bereits zuvor ausprobiert wurde, ist dies das erste Mal, dass Wissenschaftler ein komplettes Beschleunigersystem auf so kleinem Raum bauen konnten, was zum Teil auf die Computeralgorithmen zurückzuführen ist, die bei der Konstruktion des Aufbaus geholfen haben.
(Sapra et al/Wissenschaft)
„Man muss nicht nur die Fähigkeit nachweisen, das Laserlicht an die Elektronen in diesen sehr kleinen Strukturen zu koppeln, sondern man muss die Elektronen auch erzeugen und sie auch über den Kanal übertragen lassen“, sagte der Physiker Robert Byer von der Stanford University Sophie Bushwick bei Wissenschaftlicher Amerikaner .
Die gute Nachricht ist, dass dies zu einem günstigeren und einfacheren Zugang zu der Technologie für Forscher führen dürfte, die sie dann in einer Vielzahl von Szenarien in den Bereichen Chemie, Biologie und Materialwissenschaften anwenden können. Die Begründer der Studie haben es mit dem Heim-PC verglichen, der Großrechner ersetzt, die früher ganze Räume einnahmen.
Die Forschung wurde veröffentlicht in Wissenschaft .