Bilim İnsanları Tek Bir Mikroçipe Sığabilen Bir Parçacık Hızlandırıcısı Yarattı

Bilim İnsanları Tek Bir Mikroçipe Sığabilen Bir Parçacık Hızlandırıcısı Yarattı

Bu hikayeyi okuduğunuzda şunları öğreneceksiniz:

• Siklotronlar ve senkrotronlar gibi makineler, bilim insanlarının Büyük Patlama koşullarını yeniden oluşturmalarına ve parçacık fiziğinin sınırlarını incelemelerine yardımcı oluyor. Ayrıca genellikle çok büyük oluyorlar.

• Şimdi, yeni bir çalışma, karbon nanotüplerin ve yüzey plazmon polaritonları olarak bilinen bir ışık özelliğinin bir mikroçip üzerinde nasıl güçlü X ışınları oluşturabileceğini ayrıntılarıyla anlatıyor.

• Bu sadece bir kavram kanıtı tasarımı olsa da, böyle bir masaüstü senkrotronu yaratmak bu teknolojinin demokratikleşmesine yardımcı olabilir.

1945 yılında üretilen Elektronik Sayısal Entegratör ve Bilgisayar veya kısaca ENIAC, dünyanın ilk dijital, programlanabilir bilgisayarıydı; 30 ton ağırlığındaydı ve küçük bir oda büyüklüğündeydi. Günümüzde, ENIAC'tan akıl almaz derecede daha güçlü bilgisayarlar cebinize sığabilir.

Bu, tanıdık bir teknolojik gidişat. Öncelikle büyük, gerçekten büyük başlıyorsunuz ve onlarca yıllık inovasyon ve ilerlemeyle her şey daha yönetilebilir, tüketici dostu bir boyuta küçülüyor. Peki bilgisayarlarda işe yarayan şey, parçacık hızlandırıcılar gibi aşırı karmaşık bilimsel araçları da küçültebilir mi?

Bir hızlandırıcı fizikçisi olan Carsten Welsch ve İngiltere'deki Liverpool Üniversitesi'ndeki ekibi kesinlikle böyle düşünüyor. The Conversation için yazdığı yeni bir makalede Welsch, karbon nanotüpler ve lazer ışığı kullanarak bir mikroçip üzerinde son derece güçlü X ışınları üreten yeni bir kavram kanıtlama makinesinin ayrıntılarını veriyor. Genellikle ilaç molekülleri veya biyolojik dokular gibi şeyleri incelemek için bilim insanlarının bir senkrotrona ihtiyacı vardır; bu, genellikle X ışınları olan "senkrotron ışığı" yayan elektronları bükmek için manyetik veya elektrik alan kullanan bir tür parçacık hızlandırıcıdır.

SLAC Ulusal Hızlandırıcı Laboratuvarı'nın doğrusal hızlandırıcısı yaklaşık üç kilometre uzunluğunda ve CERN'deki Büyük Hadron Çarpıştırıcısı ise daha da büyük, 27 kilometrelik bir çevreye sahip. Welsch'in mikroskobik senkrotronu ise esasen bir mikroçipe sığacak ve bu ileri teknolojiye erişimi demokratikleştirecek ve umarız ki birçok alanda araştırmayı güçlendirecek. Çalışmanın sonuçları bu ay Physical Review Letters dergisinde yayınlandı.

Welsch, The Conversation için yazdığı yazıda, "Bu ilke, yüzey plazmon polaritonları (YPP'ler) olarak bilinen ışığın belirli bir özelliğine dayanıyor," dedi. "Bunlar, lazer ışığı bir malzemenin yüzeyine yapıştığında oluşan dalgalardır. Simülasyonlarda, dairesel polarize bir lazer darbesi, küçük, içi boş bir tüpten gönderildi. Bu polarize lazer darbesi, tıpkı bir tirbuşon gibi hareket ettikçe kıvrılan bir ışıktır."

Welsch'e göre, bu spiral alan, karbon nanotüp içindeki elektronları hapsedip hızlandırarak senkronize hareket etmelerini ve spiral hareketi takip etmelerini sağlar. Karbon nanotüpler, hem silindirik yapıları hem de dikey ve yakın hizalanmış nanotüplerden oluşan bir "ormanda" yetiştirilebilmeleri nedeniyle, bu helezon ışık için mükemmel bir ortam yaratır ve simülasyonlar, bu düzeneğin birkaç teravolta kadar güçte elektrik alanları üretebildiğini göstermektedir.

Parçacık hızlandırıcı teknolojilerini minyatürleştirmeye çalışan tek deney bu değil. Bu yaz, Osaka Üniversitesi'nden bir çalışma, mikronozulların nasıl güçlü masaüstü hızlandırıcılar oluşturabileceğini ortaya koydu ve daha geçen ay, MIT'deki bilim insanları bir radyum monoflorür molekülü kullanarak mikroskobik bir parçacık çarpıştırıcısı geliştirdiler.

Bu yeni çalışmanın yazarları, karbon nanotüpten ilham alan hızlandırıcılarının şu anda yalnızca dijital olarak mevcut olduğunu belirtiyor ve bu makineyi deneysel olarak üretmeye yönelik herhangi bir girişimin yüksek kontrastlı lazerler ve ultra hassas mikrotüp üretimi gerektireceğini kabul ediyor. Bununla birlikte, Welsch, "güçlü dairesel polarize lazerler ve hassas bir şekilde üretilmiş nanotüp yapıları, ileri araştırma laboratuvarlarında standart araçlardır" diye yazdı.

Parçacık hızlandırıcılarının şu anda ENIAC anını yaşıyor olması mümkün mü? Tıpkı devasa süper bilgisayarların en şeytani problemler üzerinde hesaplamalar yapmaya devam etmesi gibi, hızlandırıcılar da benzer bir yol izleyebilir. SLAC ve LHC gibi makineler, dünyanın dört bir yanındaki laboratuvarlar artık sadece birkaç saatlik ışın süresi elde etmeye çalışmanın aylarca süren süreciyle sınırlı kalmadan kendi masaüstü hızlandırıcılarıyla çalışırken, bilimi cesur ve yeni ufuklara taşımaya devam edecek.

Kaynak: PM