أطلق العلماء مؤخرًا أصغر مسرع للجسيمات في العالم لأول مرة. يمكن للانتصار التكنولوجي الصغير، الذي يبلغ حجمه حجم عملة معدنية صغيرة، أن يفتح الباب أمام مجموعة واسعة من التطبيقات، بما في ذلك استخدام مسرعات الجسيمات الصغيرة داخل المرضى من البشر.
تتكون الآلة الجديدة، المعروفة باسم مسرع الإلكترون النانوي (NEA)، من شريحة صغيرة تحتوي على أنبوب مفرغ أصغر يتكون من آلاف “الأعمدة” الفردية. يمكن للباحثين تسريع الإلكترونات عن طريق إطلاق أشعة ليزر صغيرة على هذه الأعمدة.
يبلغ طول أنبوب التسريع الرئيسي حوالي 0.02 بوصة (0.5 ملم)، وهو أقصر بمقدار 54 مليون مرة من الحلقة التي يبلغ طولها 16.8 ميلًا (27 كيلومترًا) والتي تشكل مصادم الهادرونات الكبير (LHC) التابع لـ CERN في سويسرا – وهو الأكبر والأكثر شهرة في العالم. مسرع الجسيمات القوي، الذي اكتشف مجموعة من الجسيمات الجديدة بما في ذلك بوزون هيغز (أو جسيم الله)، والنيوترينوات الشبحية، والميزون الساحر، وجسيم X الغامض.
يبلغ عرض الجزء الداخلي من النفق الصغير حوالي 225 نانومتر فقط. في السياق، يبلغ سمك شعر الإنسان ما بين 80.000 إلى 100.000 نانومتر، وفقًا للمعهد الوطني لتقنية النانو.
متعلق ب: لماذا يريد الفيزيائي بناء مصادم الجسيمات على القمر؟
في دراسة جديدة، نُشرت في 18 أكتوبر في مجلة Nature، استخدم باحثون من جامعة فريدريش ألكسندر في إرلانغن-نورمبرغ (FAU) في ألمانيا هذه الأداة الصغيرة لتسريع الإلكترونات من قيمة طاقة تبلغ 28.4 كيلو إلكترون فولت إلى 40.7 كيلو إلكترون فولت، والتي أي بزيادة قدرها حوالي 43٪.
وكتب الباحثون في بيان أن هذه هي المرة الأولى التي يتم فيها إطلاق مسرع الإلكترون النانوي، والذي تم اقتراحه لأول مرة في عام 2015، بنجاح. (لقد كرر باحثون من جامعة ستانفورد هذا الإنجاز بالفعل باستخدام مسرعهم الصغير، لكن نتائجهم لا تزال قيد المراجعة).
“للمرة الأولى، يمكننا حقًا التحدث عن مسرع الجسيمات على متن سيارة [micro]وقال المؤلف المشارك في الدراسة روي شيلوه، وهو فيزيائي في جامعة فلوريدا، في البيان: “رقاقة”.
يستخدم LHC أكثر من 9000 مغناطيس لإنشاء مجال مغناطيسي يعمل على تسريع الجسيمات إلى حوالي 99.9٪ من سرعة الضوء. تقوم NEA أيضًا بإنشاء مجال مغناطيسي، ولكنها تعمل عن طريق إطلاق أشعة ضوئية على الأعمدة الموجودة في الأنبوب المفرغ؛ يؤدي هذا إلى تضخيم الطاقة بالطريقة الصحيحة، لكن مجال الطاقة الناتج يكون أضعف بكثير.
تمتلك الإلكترونات التي يتم تسريعها بواسطة NEA حوالي جزء من المليون من الطاقة التي تمتلكها الجسيمات التي يتم تسريعها بواسطة LHC. ومع ذلك، يعتقد الباحثون أن بإمكانهم تحسين تصميم NEA باستخدام مواد بديلة أو تكديس أنابيب متعددة بجانب بعضها البعض، مما قد يؤدي إلى زيادة تسريع الجسيمات. ومع ذلك، فإنها لن تصل أبدًا إلى أي مستوى قريب من نفس مستويات الطاقة التي تصل إليها المصادمات الكبيرة.
متعلق ب: يمكن أن تصبح الثقوب السوداء مسرعات ضخمة للجسيمات
قصص ذات الصلة:
– مصادم الهادرونات الكبير: داخل محطّم الذرات في CERN
– تم شرح الجسيمات التي تدور حول الأرض بسرعة قريبة من سرعة الضوء أخيرًا
— جسيم غريب يمكنه تذكر ماضيه الذي تم إنشاؤه داخل الكمبيوتر الكمي
قد لا يكون هذا أمرا سيئا، نظرا لأن الهدف الرئيسي من إنشاء هذه المسرعات هو الاستفادة من الطاقة المنبعثة من الإلكترونات المتسارعة في العلاجات الطبية المستهدفة التي يمكن أن تحل محل أشكال أكثر ضررا من العلاج الإشعاعي، والذي يستخدم لقتل الخلايا السرطانية.
وكتب المؤلف الرئيسي للدراسة، توماش كلوبا، وهو فيزيائي في جامعة FAU، في البيان: “سيكون تطبيق الحلم هو وضع مسرع الجسيمات على المنظار الداخلي حتى تتمكن من إدارة العلاج الإشعاعي مباشرة في المنطقة المصابة داخل الجسم”. وأضاف أن هذا لا يزال بعيدا.