Středa 21. dubna 2021, svátek má Alexandra
  • schránka
  • Přihlásit Můj účet
  • Středa 21. dubna 2021 Alexandra

Američtí vědci sestrojili elektronový urychlovač menší než zrnko rýže

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:

Fagradalsfjall online

Sledujte živě aktivní sopku na Islandu. Erupce začala po týdnech otřesů 19. března a zláště pak v noci nabízí fascinující podívanou.

  • Nejčtenější

Už se nemusíte bát pomalého zapínání nebo restartování PC

Jedním z nejvíce frustrujících problémů počítačů s operačním systémem Windows se může stát jeho pomalé spouštění. Od...

Bitevníkem načerno. Nenápadný vojenský dříč dostal zuby přes odpor letců

OV-1 Mohawk se stal během své kariéry platformou pro sofistikované průzkumné systémy, ale osvědčil se i v jiných...

Poslední bojový letoun armády USA byl něco mezi sporťákem a stíhačkou

Firma Grumman je známá především námořními letouny. Mezi typy, které jsou neprávem na okraji zájmu, patří nenápadný...

Vrtulníček Ingenuity se poprvé proletěl nad Marsem

Inženýři NASA upravili časování u spouštění jednotlivých příkazů malého marsovského vrtulníčku a nic už tak nebránilo ...

{NADPIS reklamního článku dlouhý přes dva řádky}

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

Sraženiny po vakcínách: jak vznikají, jak jsou časté a jak se projevují

Začíná být jasné, že některé vakcíny proti covidu-19 mají nečekané vážné vedlejší účinky, které klinické studie...

Jsme inspektoři, ohlásili se agenti do Vrbětic. Později se ozval výbuch

Premium Přijeli do muničních skladů ve Vrběticích a prokázali se jako zaměstnanci ostravské firmy Imex Group. Jednalo se však o...

Muž z IMEX group: Do beden k odeslání by se ve Vrběticích nikdo nedostal

Premium Sklady ve Vrběticích na Zlínsku, které podle českých tajných služeb vyhodili do povětří ruští tajní agenti, měla...

Války budoucnosti mohou probíhat v lidské mysli, říká bezpečnostní analytička

Premium Její znalosti sice využívají vojáci a jeden kolega ji prý s nadsázkou navrhl jmenovat čestnou generálkou britské...

  • Další z rubriky

STO OBJEVŮ: Zadej cíl cesty. Díky satelitu už nebloudíme s mapou v ruce

Seriál I když je mezi řidiči pořád dost staromilců, kteří nedají dopustit na papírovou mapu, satelitní navigace GPS se...

Kariéra od mikroskopu. Jak čtyři čeští vědci rozšiřují naše chápání světa

Premium Už v raném věku sbírali významná ocenění, dnes svým zanícením pro vědu neustále zvětšují naše povědomí o světě. Jak se...

STO OBJEVŮ: Římská okna, ničivý déšť i český křišťál. Sklo stvořila příroda

Seriál Každý den se v něm kocháme, každý den se jím kocháme. Sklo stvořila příroda, v průběhu staletí jej také čeští skláři...

Když má umřít Bambi, veřejnost se bouří. I když si to Bambi zaslouží

Neochota zabíjet roztomile a něžně vypadající zvířátka, i když je to zrovna zapotřebí, se může snadno obrátit proti...

Jarní úklid raz dva: Jak na čistou podlahu i bez lezení po kolenou a otravného ždímání hadru?
Jarní úklid raz dva: Jak na čistou podlahu i bez lezení po kolenou a otravného ždímání hadru?

Přes zimu jsme si do domácností natahali spoustu nepořádku, kterého je teď potřeba se zbavit. Doba si žádá pořádný jarní úklid. V redakci jsme...

Královna se rozloučila s Philipem bílými květinami a vlastnoručním vzkazem

Královna Alžběta II. se rozloučila s mužem, který stál po jejím boku celých 73 let. Posledními vzkazy pro prince...

Hráče vyloučili z turnaje, protože měl příliš vysoko nastavený jas obrazu

Známý streamer Tfue přišel o vítězství v turnaji o dvanáct tisíc dolarů kvůli tomu, že měl příliš vysoko nastavený jas...

Bojím se, že papírové peníze v Česku skončí do pěti let, říká ekonom

Premium Mezinárodní měnový fond již před pár lety poukázal na to, že by papírové bankovky či kovové mince mohly z ekonomiky...

Z Philipova pohřbu odcházeli bratři William a Harry v důvěrném hovoru

Na hradu Windsor byl v sobotu pohřben princ Philip, manžel královny Alžběty II. Velká pozornost se upírala také na...

Je to podraz, říká organizátor koncertů Cesta ze tmy. S projektem končí

Už za týden měl prostory pražské Lucerny rozeznít první koncert ze série Cesta ze tmy. Ministr zdravotnictví Petr...