Úterý 18. února 2020, svátek má Gizela
  • schránka
  • Přihlásit Můj účet
  • Úterý 18. února 2020 Gizela

Američtí vědci sestrojili elektronový urychlovač menší než zrnko rýže

aktualizováno 
Nová technologie by měla umožnit vývoj nové generace menších a levnějších výzkumných, medicínských i průmyslových přístrojů využívajících částice o vysokých energiích.

Hotový vzorek připravený pro testy s laserovým paprskem. | foto: Stanford.edu

Urychlovače částic jsou velice drahá zařízení obřích rozměrů, jež slouží ke zvýšení kinetické energie elementárních částic. Například nejznámější a zároveň největší z nich, ženevský LHC, který urychluje protony a jádra těžkých prvků, přišel na několik miliard švýcarských franků a průměr jeho prstence dosahuje úctyhodných 27 kilometrů.

Elektronové urychlovače

Urychlovače elektronů bývají menší a levnější, i když "menší" a "levnější" mohou být v tomto případě dost relativní pojmy. I tak jde o rozměrná i nákladná technická zařízení.

Snímek skleněné části s urychlovačem na špičce prstu.

Snímek skleněné části s urychlovačem na špičce prstu.

To se ovšem netýká elektronového urychlovače, který sestrojili postgraduální studenti Edgar Peralta a Ken Soong z kalifornské Stanfordovy univerzity. Podstatnou část elektronového urychlovače se jim totiž podařilo umístit do jednoho jediného skleněného čipu! Tím dramaticky snížili velikost urychlovače, neboť celý čip zaujímá objem menší než pověstné zrnko rýže.

Jelikož v návrhu a konstrukci urychlovače použili obyčejné komerční lasery a běžně užívané výrobní postupy, jsou Peralta se Soongem přesvědčeni, že svým počinem připravili půdu pro vývoj zcela nové generace "stolních" urychlovačů.

Urychlování ve dvou fázích

Dnešní urychlovače využívají k urychlování elektronů převážně mikrovlny, což zrovna není příliš snadný ani laciný způsob. Nově zkonstruovaný čip naproti tomu pracuje s obyčejnými lasery.

Elektrony jsou urychlovány ve dvou etapách. Nejprve jsou částice postupně urychleny téměř na rychlost světla, k čemuž je nutné stále použít konvenční urychlovač. Teprve pak jsou zavedeny do čipu, vyrobeného ze speciálního skla z oxidu křemíku, kde je jim udělen další impuls. Jejich rychlost ovšem zůstává stejná, uvnitř čipu se již zvyšuje jen jejich energie.

Co se v čipu vlastně děje?

Jakmile elektrony vletí do čipu, jsou nasměrovány do miniaturního kanálku, ve kterém se odehrává vše podstatné. Kanálek je opravdu titěrně malý, napříč měří jen pouhých 500 nanometrů, do lidského vlasu by se tedy vešel přinejmenším stokrát.

Z boku je elektronový svazek osvětlován infračerveným světlem laseru, jehož vlnová délka se rovná přesně výšce kanálku. Světelné vlny kolem sebe vytvářejí elektrická pole, jež rychle oscilují z jedné strany na druhou a podle toho elektronům buď dodávají nebo naopak odnímají energii (pozitivní urychlující a negativní brzdící pole).

Kdyby byl vnitřek kanálku hladký, tak by v něm zřejmě k žádnému zásadnímu zvýšení energie elektronů nedošlo. Jak se říká, nula od nuly pojde. S něčím takovým vědci samozřejmě počítali. Vše záleží na tom, jak přesně se všechny veličiny ve hře (rozměry kanálku, drážek, vlnová délka světla atd.) sladí dohromady.

Zatím 300 MeV/m

Testovaný výkon nového typu urychlovače je velkým příslibem do budoucna. Nedávno provedené pokusy s čipy s kanálky o 500 drážkách ukázaly, že přírůstek energie elektronů činí na délce jednoho metru až 300 milionů elektronvoltů, čímž byla zhruba desetkrát překonána akcelerace Stanfordova lineárního urychlovače SLAC, největšího dnešního urychlovače elektronů.

"Naším hlavním cílem je při tomto uspořádání dosáhnout miliardy elektronvoltů na metr a už při prvním experimentu jsme ve třetině cesty," poznamenává optimisticky Robert Byer, jeden z iniciátorů celého projektu. Nezbývá než učinit další potřebný krok.

Fyzika, medicína, biologie, ale i materiály a skenery

Přes nesporný úspěch mají ovšem výzkumníci před sebou ještě dost práce. Aby vytvořili první skutečně miniaturní urychlovač, je třeba vyřešit první etapu urychlování elektronů, k níž stále, jak bylo řečeno výše, dochází v klasickém "velkém" urychlovači. Na řešení tohoto problému intenzivně pracují se svými německými kolegy z Institutu Maxe Plancka pro kvantovou optiku.

Prozatím celé urychlovací zařízení měří se vším všudy na délku asi třicet metrů. Ale i tak jde ve srovnání s 3,2 kilometru dlouhým SLACem o významný pokrok.

Všeobecně se očekává, že miniaturní urychlovače by mohly najít uplatnění nejen při fyzikálním výzkumu částic, ale i v celé řadě jiných odvětví, ať už při vývoji nových zobrazovacích a léčebných zařízení v medicíně, bezpečnostních skenerů, nebo v biologických a materiálových vědách.

Více o výzkumu v tomto anglickém PDF.

Autor:

Přechod na DVB-T2

Od 27. 11. probíhá postupný přechod na vysílací standard DVB-T2. Proces by měl být dokončen do poloviny roku 2020. Diváci si tak musí pořídit televizi s podporou kódování H.265 (HEVC) nebo starší televizi doplnit vhodným set-top boxem.

  • Nejčtenější
Premium

Říkali mu Bílá smrt. Nejúspěšnějšího odstřelovače historie Sověti nedostali

Nejúspěšnějším odstřelovačem v historii válčení byl Simo Häyhä z Finska. Proslavil se během zimní války, kdy na jeho...

Balí mě? Vědci ukázali, že především muži mají problém poznat flirt

Když flirtujeme, dáváme najevo zájem o intimní kontakt. Máme pocit, že jasněji už to dát najevo nemůžeme. Ostatní však...

Ano, nebo ne? Vyzkoušeli jsme, zda je televizor s Android TV 9 dobrý nápad

Při výběru televizoru hraje stále častěji důležitou roli, jaký operační systém v ní běží. Od něj se totiž odvíjí způsob...

Nový americký neviditelný bombardér B-21 Raider vzlétne v roce 2021

Společnost Northrop Grumman zveřejnila nové vizualizace vyvíjeného stealth bombardéru B-21 Raider. Dle zveřejněných...

{NADPIS reklamního článku dlouhý přes dva řádky}

{POPISEK reklamního článku, také dlouhý přes dva a možná dokonce až tři řádky, končící na tři tečky...}

Může být u černé díry obyvatelná planeta? Podle českých fyziků ano

V okolí černých děr se teoreticky mohou vyskytovat planety, na kterých panují teploty podobné jako na Zemi. Vyplývá to...

Premium

Karlův most je jen most, stěžují si turisté. Kritika nešetří ani další památky

Do Česka loni přijel rekordní počet turistů. Památky si u nich leckdy vysloužily i bizarní recenze na internetu,...

Premium

Podivné zrcadlo z Turnova letí ke Slunci. Česká laboratoř se musela ukázat

Ke Slunci odstartovala sonda se speciálním zrcadlem pro sledování korony. Vyvinuli jej čeští výzkumníci v Turnově....

Premium

Češi bydlí stále častěji ve sklepech. K extrémním řešením je nutí drahé nájmy

Nedostupné bydlení nutí Čechy ke stále extrémnějším řešením bytové situace. Zejména v největších městech už lidé míří i...

  • Další z rubriky

Kosti nejvyššího živočicha všech dob byly považovány za kmeny stromů

Moderní zobrazovací a měřicí metody umožnily získat přesnější pohled na jednoho z největších tvorů, který kdy na naší...

Premium

Léčil jsem lidi homeopatií. Pak jsem zjistil, že funguje jinak, než mi říkali

Homeopatie je přes dvě stě let stará medicína. Znamená to, že patří do starého železa, nebo má stále co nabídnout?...

Čeští vědci upravili genom slepic Zora, aby odolaly nevyléčitelné nemoci

Vědci z Ústavu molekulární genetiky Akademie věd a společnosti Biopharm vytvořili geneticky upravené slepice odolné...

Filantropický rekord. Kolegové Antonína Holého věnují na vědu 200 milionů

Chemici Hana a Dalimil Dvořákovi věnují 200 milionů korun nadaci, která má podporovat mladé chemiky. Prostředky...

Akční letáky
Akční letáky

Prohlédněte si akční letáky všech obchodů hezky na jednom místě!

Najdete na iDNES.cz