A részecskegyorsítók a modern tudomány motorjai. Segítenek megérteni az Univerzum alapvető összetevőit, újraalkotni a korai világmindenség körülményeit, és feltárni az anyag legmélyebb szerkezetét. Emellett döntő szerepet játszanak az orvostudományban, az iparban és a csúcstechnológiában is.
Most azonban egy olyan ötlet született, amely alapjaiban változtathatja meg mindazt, amit a gyorsítókról gondoltunk.
Egy gyorsító, amely elfér egy A4-es papírlapon
A hagyományos részecskegyorsítók óriásiak és elképesztően drágák. A CERN LHC-ja például 27 kilométer hosszú. De mi történik, ha ezt a több milliárd dolláros technológiát sikerül ezerszer vagy akár milliószor kisebbre zsugorítani?
Egy új tudományos tanulmány pontosan ezt javasolja:
egy asztali méretű gyorsítót, amely méretéhez képest elképesztően erős röntgensugarakat képes előállítani.
Ez a koncepció teljesen eltér a hagyományos gyorsítóktól — nem mágneses alagutakra, hanem szén nanocsövekre és polarizált lézerfényre épül.
Hogyan működik a miniatűr gyorsító?
A megoldás középpontjában apró szén nanocsövek állnak. Amikor a kutatók polarizált lézert vezetnek végig ezeken a mikroszkopikus csöveken, különleges jelenség jön létre:
- a lézer örvényleni kezd a nanocső belsejében,
- felszíni plazmonhullámok keletkeznek,
- az elektronok spirál alakban felgyorsulnak,
- a rendszer pedig rendkívül erős, koherens röntgensugarakat bocsát ki.
Az intenzitás akár százszor nagyobb lehet, mint a hasonló méretű hagyományos gyorsítók esetében.
Ez az új megközelítés gyökeresen új fejezetet nyithat a nagyenergiájú fizikában.
Miért forradalmi? Szupererős röntgensugarak bárhol
A mai világban nagyon intenzív röntgensugarakhoz csak hatalmas és rendkívül drága létesítményekben — például szinkrotronokban — lehet hozzáférni.
Ezek méretei elképzelhetetlenül nagyok:
- ESRF (Franciaország): 844 méter
- Diamond Light Source (UK): 561 méter
- APS (USA): 1100+ méter
- Spring-8 (Japán): 1436 méter
Ha mindezt egy asztalon működő eszköz helyettesíthetné, az a tudomány egyik legnagyobb ugrása lenne.
Egy kompakt gyorsítóval:
- kórházak pontosabb képalkotást végezhetnének kontrasztanyag nélkül,
- egyetemek saját nagyenergiájú laborokat építhetnének,
- kutatók fehérjéket, gyógyszereket, érzékeny anyagokat vizsgálhatnának roncsolás nélkül,
- ipari laborok ultrafinom szerkezeteket elemezhetnének károsodás nélkül.
A technológia demokratizálhatja azt, ami ma csak a világ legnagyobb központjai számára érhető el.
Hol tart a kutatás? A következő lépés: valódi prototípus
A projekt jelenleg számítógépes szimulációkban létezik, de nem elméleti fantázia:
a kutatók valódi nanocsövekből és valódi lézerfizikából indultak ki.
A tanulmány szerint a gyorsító méterenként több teravoltnyi feszültségű mezőt képes generálni — ez még a modern nagy gyorsítók többségét is meghaladja.
A következő nagy lépés a kísérleti prototípus megépítése és tesztelése.
Nem versenytárs, hanem alternatíva az óriás gyorsítóknak
A tervezett eszköz nem az LHC helyettesítésére készül — a 27 kilométeres ütköztető továbbra is pótolhatatlan az alapkutatásban.
Viszont a miniatűr gyorsító remek alternatívája lehet a hatalmas szinkrotronoknak, amelyek ma az orvostudománytól az anyagtudományig szinte minden tudományterületet kiszolgálnak.
Egy hasonló erejű, de asztali méretű gyorsító valódi áttörést jelentene.
A jövő álma: egy gyorsító, ami elfér egy chipen
A kutatók szerint ez csak a kezdet.
Ha az első prototípus sikeres lesz, néhány évtized múlva olyan technológiák születhetnek, ahol:
- egy gyorsító egyetlen chipen működik,
- a fejlett fizika eszközei tömegek számára válnak elérhetővé,
- a tudományos kutatás nem óriási infrastruktúrák kiváltsága lesz.
Ez a koncepció nemcsak technológiai fejlesztés —
egy teljesen új korszak ígérete a tudományban és az orvostudományban.
