شتاب‌دهنده‌های ذرات همانند برخورد دهنده بزرگ هادرون (LHC)، به‌شدت مفید و به‌طورمعمول نیز بسیار بزرگ هستند. این ابزارها برای مطالعه برخی از مباحث پایه‌ای فیزیک ذرات مورداستفاده قرار می‌گیرند. حال، دانشمندان موفق شده‌اند تا یکی از این ابزارها را در یک تراشه سیلیکونی جای دهند.
همان‌طور که شاید انتظار داشته باشید، این ابزار جدید همانند مدل بزرگ‌تر خود قدرتمند نیست، اما هنوز هم این تراشه شتاب‌دهنده می‌تواند برای محققانی که توان دسترسی به تجهیزات غول‌پیکر را ندارند، بسیار مفید واقع شود.
درحالی‌که این مدل اولیه هنوز یک نسخه آزمایشی است، اما تیم سازنده آن امیدوار هستند که با برداشتن این قدم بتوانند جایگزین‌های فشرده‌تری را برای شتاب‌دهنده‌های غول‌پیکر ذرات مانند: LHC و آزمایشگاه شتاب‌دهنده ملی SLAC، تولید کنند.
جلنا وکویچ (Jelena Vuckovic)؛ مهندس برق از دانشگاه استنفورد می‌گوید: “بزرگترین شتاب‌دهنده‌ها همانند تلسکوپ‌های قدرتمند هستند. تعداد کمی از آن‌ها در سرتاسر جهان وجود داشته و دانشمندان برای استفاده از آن‌ها باید به مراکزی همانند SLAC مراجعه کنند. ما می‌خواهیم که شتاب‌دهنده‌ها را کوچک‌سازی کنیم تا بدین شیوه این ابزارهای تحقیق بیشتر در دسترس قرار گیرند.”
جهت نیل به این هدف، دانشمندان به‌جای شتاب‌دهی مرسوم امواج ماکروویو در تجهیزاتی مانند SLAC، از امواج بسیار کوتاه‌تر لیزر استفاده کرده‌اند.
آن‌ها با استفاده از سیلیکون، کانال‌هایی را در مقیاس نانو (با پهنایی کمتر از موی انسان) ایجاد کرده، فضایی خلا را در آن‌ها تعبیه و سپس با استفاده از پالس‌های فروسرخ، الکترون‌ها را به درون آن سوق داده‌اند (سیلیکون پرتوهای مادون‌قرمز را به خود جذب نمی‌کند).
دانشمندان برای طراحی این شتاب‌دهنده ذرات، از روشی به نام مهندسی معکوس استفاده کرده‌اند. آن‌ها ابتدا میزان انرژی آزادشده را تعیین کرده و سپس با مهندسی معکوس، ساختارهای نانو را که توان حمل این انرژی را دارند، ایجاد می‌کنند.
درحالی‌که شتاب‌دهی لیزری پیش‌تر نیز مورد آزمایش قرار گرفته، این اولین باری است که دانشمندان توانسته‌اند که کل یک سیستم شتاب‌دهی را در چنین فضای کوچکی جای دهند. این پیشرفت تا حدی به دلیل کمک الگوریتم‌های رایانه‌ای جهت طراحی این ساختار صورت گرفته است.
فیزیکدان رابرت بایر (Robert Byer)، از دانشگاه استنفورد به مجله Scientific American گفت: “شما نه‌تنها مجبور هستید که توانایی پرتوهای لیزری در رابطه با الکترون‌ها را در این ساختار بسیار کوچک نشان دهید، بلکه باید الکترون‌ها را نیز تولید کرده و سپس آن‌ها را از طریق همان کانال، منتقل کنید.”
خبر خوب این است که این کار باعث می‌شود تا محققان آسان‌تر و ارزان‌تر به این فناوری دسترسی داشته باشند. دانشمندان می‌توانند این فناوری را در زمینه‌های شیمی، زیست‌شناسی و علوم مواد به‌کار گیرند. کسانی که این فناوری را توسعه داده‌اند، آن را به رایانه‌های خانگی تشبیه می‌کنند که جایگزین رایانه‌های غول‌پیکر شده‌اند؛ کامپیوترهای بزرگی که تمامی فضای اتاق را اشغال می‌کردند.
این پژوهش در مجله Science منتشر شده است.
