科学家研发微型粒子加速器 体积仅相当鞋盒大小

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■新知

借助高能粒子加速器科学家或可发现平行宇宙，然而这些加速器通常都重达数千吨且占地面积大。据外媒报道，斯坦福大学等机构科学家最新计划利用石英芯片和激光技术制造微型粒子加速器，加速器体积和重量的大幅缩减使得研究人员更易掌控操作粒子科学实验。

长久以来，物理学家一直致力于粒子加速器实验，以探索从先进医学技术到物质新形态等各种新事物。然而，粒子加速器庞大沉重且造价高昂，如欧洲粒子物理研究所的大型强子对撞机重约38000吨，且深埋于地下，长达27公里，令研究人员难以接触使用。

近日，戈登和贝蒂·摩尔基金会向斯坦福大学科学家捐赠了1350万美元，用于设计打造一个微型粒子加速器。据称，在未来五年内，一个通过国际合作完成的原型将能产生微型加速器的能量，大小相当于医院放射机器所产生的能量。不过研究人员表示，最终还是会增大这种微型加速器的规模，以媲美当今全球最强大的粒子加速器。

最近几个月来，欧洲粒子物理研究所大型强子对撞机一直在高强度运作，搜寻微型黑洞。高能粒子加速器能够搜寻微型黑洞，因此被认为是探索“多宇宙”迹象的关键。如果科学家能够以预测的能量在加速器中探测到微型黑洞，就可以证明多维度的存在，并延伸推断平行宇宙的存在。

欧洲粒子物理研究所科学家默-法伊扎尔解释说：“打个简单的比方，纸张是拥有长宽的二维物体，而许多平行的纸张叠在一起，就以高度的形式存在于三维的平行世界中。我们预测，引力能够渗入另一个维度。如果预测无误的话，我们就能在大型强大对撞机中生成微型黑洞。”

如今，大型强子对撞机的创记录高能量使得搜寻这些微型黑洞成为可能，并可追踪到消失在黑洞中的能量引力。然而，新的彩虹理论认为，拥有不同能量的粒子将面临不同的时空和不同的引力场，这或许可以解释大型强子对撞机至今仍未发现微型黑洞的原因。

在过去75年中，粒子加速器一直是科学家在物理、化学、生物和制药等领域的一项重要研究工具，它们能够解密先进医药技术，帮助科学家进一步了探究原子的内部工作原理。然而，受限于庞大的体积和高昂的造价，粒子加速器不易被科学家广泛使用。欧洲粒子物理研究所研究人员表示，探测器可对大型强子对撞机中飞出的数十亿粒子进行追踪，因此有望发现除长度、宽度、深度和时间之外维度的蛛丝马迹。

目前，粒子加速器均使用微波驱动粒子，因为微波拥有较长波长且发散空间广泛。在新的实验中，科学家用激光代替微波照射一块石英玻璃芯片，这样激光会与显微镜通道中的皱褶相互作用。美国slac国家加速器实验室物理学家乔尔-英格兰德是该五年项目的成员之一，他表示：“既然微芯片产业可以改革计算机，或许我们也能如此改革粒子加速器。缩小粒子加速器就是令它们变得体积更小，造价更低廉，一旦成功，加速器将变得平民化。”
在实验中，这种相互作用产生一个电场，提高经过电子的能量，这些电子以前在高能粒子加速器中都是被加速到接近光速。实验显示，在给定距离范围里，芯片能实现的能量提升比slac直线加速器还要高出10倍。德国埃尔朗根-纽伦堡大学科学家研究发现，激光可被用来加速较低能的电子，这些低能电子以前在加速器中未被提升到最大速度。利用这种技术，科学家可将加速器芯片组合起来，足球场那么长的芯片就能替代长2英里（约合3219米）的直线加速器相干光源。如此一来，科学家将有望缩小下一代对撞机，如计划中的日本国际直线对撞机，以进行物质新形态的探索。

该国际合作项目集合了加速器物理学、激光物理学、纳米光子学和纳米制造领域的世界知名专家，由斯坦福大学、slac国家加速器实验室，以及埃尔朗根-纽伦堡大学等全球多个实验室及大学合作，致力研发新一代“桌面型”粒子加速器。斯坦福大学应用物理学家罗伯特-拜尔表示：“激光能够以阿秒量级加速电子，所用时间相当于电子绕行原子核的时间。借助这种精确方法，研究人员将能够对原子中电子的环绕进行摄像，以便我们观测电子的移动与结合。”