Kolik urychlovačů částic se vejde na špičku jehly?  
Překvapivě téměř jeden. A na špičku prstu se jich vejde nejmíň tucet. Světlo světa spatřila pozoruhodná technologie urychlovačů částic na čipu, které urychlují elektrony desetkrát víc, než tříkilometrový lineární urychlovač SLAC ve Stanfordu. Brzy čekejte kapesní rentgeny!


 

Zvětšit obrázek
Urychlovač částic na špičce prstu. Kredit: Matt Beardsley/ SLAC.


Dneska si rádi utahujeme ze středověkých scholastiků ohledně jejich počítání andělů na špičce jehly, jako učebnicového příkladu mlácení prázdné intelektuální slámy. Ve skutečnosti nebylo nikdy prokázáno, že se scholastici touhle podivuhodnou otázkou vůbec kdy zabývali. Nejspíš jde o výmysl myslitelů ranného novověku, kteří se scholastiku, tehdy stále ještě velmi živou na univerzitách, intenzivně snažili zdiskreditovat. Boj proti scholastice už hodně dlouho není na pořadu dne, dezinformační hádanka s anděly se ale stále vrací, v roztodivných podobách.

 

Zvětšit obrázek
Robert L. Byer. Kredit: Stanford University.


Postmoderní varianta této otázky by mohla znít: Kolik se vejde urychlovačů částic na čip? Zní to dost bláznivě, ale urychlovače částic se doopravdy dramatickým tempem zmenšují, jako kdyby je někdo uhranul. Nejnovější vývoj je už skoro k neuvěření. Robert Byer ze Stanfordovy univerzity vedl tým, který ve spolupráci s laboratoří amerického ministerstva energetiky SLAC National Accelerator Laboratory vytvořil nanotechnologicky opracované čipy z křemenného skla, menší než zrnko rýže, s nimiž lze urychlovat elektrony. A nejsou v tom nijak podřadné. Ve skutečnosti urychlují elektrony na gradientu 300 milionů elektronvoltů na jeden metr. To je desetkrát víc, než na kolik se zmůže přes tři kilometry dlouhý lineární urychlovač SLAC, zvaný Stanford Linear Collider.

 

Zvětšit obrázek
Výroba urychlovačů na čipu. Kredit: Peralta et al. (2013) Nature.


Vývoj urychlovačů na čipu je podle Byera zatím v plenkách. Ještě zbývá vyřešit spoustu detailů a praktických problémů. Vědci se ale netají velkými ambicemi. Jejich cílem je dosáhnout pro tento typ mikrourychlovačů 1 miliardy elektronvoltů na metr. Prozatím je výroba těchto čipů relativně jednoduchá a laciná, což ji předurčuje pro budoucí masovou produkci. Zřejmě se v dohledné době dočkáme nové generace všudypřítomných stolních urychlovačů částic.

 

 

Zvětšit obrázek
Schéma urychlovače na čipu. Kredit: Peralta et al. (2013) Nature.

Jak takový urychlovač na čipu funguje? Částice se urychlují ve dvou krocích. Nejprve se nakopnou do rychlosti blízké rychlosti světla a pak jim je potřeba dodat energii, což je ta obtížnější část. Soudobé urychlovače částic dodávají elektronům energii mikrovlnami, což není ani snadné, ani laciné. Vědci proto hledají ekonomičtější způsoby urychlování částic a laserem poháněné urychlovače na čipu s dielektrickou mikrostrukturou jsou prý v této chvíli jednou z nejzajímavějších možností.


 

Zvětšit obrázek
Stanford Linear Collider. Kredit: SLAC.

Experimenty s urychlovači na čipu vypadají tak, že elektrony jsou nejprve urychleny na rychlost blízkou rychlosti světla v běžném urychlovači částic. Pak je nasměrují mikroskopického kanálku v křemenném skle čipu o průměru půlky mikronu a délce půlky milimetru, jehož stěny lemují velmi precizně umístěné nanohřebínky. Když na strukturu mikrokanálků posvítí infračervený laser, tak vyvolá elektrické pole, které následně nakopne energii urychlovaných elektronů. Zatím je vše provizorní, pro konstrukci plnohodnotných stolních urychlovačů částic bude nutné leccos dopilovat, především technologii urychlování elektronů k rychlosti světla před jejich vstupem do vlastního urychlovače na čipu. Řešení je prý ale už na dohled, dělá na něm například tým, který vede Peter Hommelhoff z německé Univerzity Friedricha Alexandra.


Pokud vědci uspějí, tak se pozoruhodné urychlovače na čipu prosadí daleko za hranicemi částicové fyziky. Mohli by pohánět kompaktní rentgenové lasery anebo se stát základem malých přenosných rentgenů pro použití v terénu, nemocnicích i při výzkumu. Na sponzorování jejich vývoje se podílí i vojenští vývojáři z agentury DARPA (Defense Advanced Research Projects Agency) v rámci programu Advanced X-Ray Integrated Sources (AXiS), což také svědčí o významu a příslibech této pohádkové technologie.

 

 

 

 


Literatura

SLAC National Accelerator Laboratory News 27. 9. 2013, Nature online 27. 9. 2013, Wikipedia (How many angels can dance on the head of a pin?).

 


 

Datum: 02.10.2013 13:48
Tisk článku

Jezevec Chrujda staví nejdřív urychlovač a pak zase pomalič - Stančík Petr
Knihy.ABZ.cz
 
 
cena původní: 198 Kč
cena: 176 Kč
Jezevec Chrujda staví nejdřív urychlovač a pak zase pomalič
Stančík Petr

Diskuze:

Nechci věřit svýmu zraku

Jirka Niklík,2013-10-04 20:46:57

"Nejprve se nakopnou do rychlosti blízké rychlosti světla a pak jim je potřeba dodat energii"

Tak tomu nerozumím. Jak jinak se u elektronu projevuje jeho energie nežli rychlostí? Proč bych se snažil ještě urychlovat elektron, který už má téměř rychlost světla?

Našel jsem si pro jistotu i originální znění, a opravdu to tak napsali.

First they are boosted to nearly the speed of light. Then any additional acceleration increases their energy, but not their speed

Může mě někdo nasměrovat, jaké znalosti fyziky si mám doplnit?

Nebo je to myšleno tak, že se relativisticky zvyšuje hmotnost elektronu, zatímco jeho rychlost už roste jen málo?

Odpovědět


Re: Nechci věřit svýmu zraku

Tomáš Habala,2018-08-13 08:15:08

"Nebo je to myšleno tak, že se relativisticky zvyšuje hmotnost elektronu, zatímco jeho rychlost už roste jen málo?" - Ano, přesně.

Odpovědět

Ještě dotaz a prosba.

Jiří Novák,2013-10-03 23:24:36

Není to úplně k článku, ale taky se to týká urychlovačů. Ví se, co nového na LHC? Potvrdil se ten objev Higgse, nebo je to jiná, nová částice? Myslím, že by se našlo víc zájemců z řad čtenářů osla, kteří by se rádi o tom něco dozvěděli. Rád bych poprosil autory, kdyby měli čas a chuť, o článek na toto téma.

Odpovědět

pohon?

Jiří Novák,2013-10-03 12:29:47

Co kdyby se použilo pole dejme tomu 1000x1000 takových miniurychlovačů jako pohon vesmírné sondy? Bylo by to účinnější nebo aspoň výkonnější než srovnatelně velký iontový motor?

Odpovědět

Dotaz-mám naději na účinnější energetiku?

Jaroslav Mrázek,2013-10-03 09:50:25

Pokud ano, tak hurá !

Odpovědět

U té scholastiky

Jan Šimůnek,2013-10-03 09:44:20

šlo o to, zda se na špičku jehly (nic menšího si tehdy neuměli představit) vejde konečný nebo nekonečný počet andělů. Tedy jestli se anděl promítá do našeho světa jako ideální geometrický "hmotný bod" (pak by se jich vešlo nekonečné množství) nebo jako těleso, mající nenulový objem (pak by množství andělů na špičce jehly bylo konečné). Věroučné důsledky jsou docela zajímavé: Může vůbec "ideální hmotný bod" v našem světě provádět nějaké akce?

Pokud se týká toho zdroje RTG někde na základní desce mobilu apod: už se těším, až ho tam zabuduje nějaký atentátník a bude čekat, až oběť zemře na indukovaný nádor :-)

Odpovědět

Ale

Samo Slavkovský,2013-10-02 20:49:15

vývoj ide šialene rýchlo. Možno o niekoľko rokov to bude bežná súčasť života (alebo skôr o niekoľko desaťročí)

Odpovědět

Kapesní rentgen?

Martin Plec,2013-10-02 14:54:44

Dokáže kanálkem o průměru stovek nanometrů proudit tolik elektronů, aby to stačilo třeba na lékařský rentgen? Rentgen potřebuje tok (odhadem) *minimálně* v řádech desítek miliónů fotonů za sekundu.

Prostě mi připadá, že zrovna na takovéhle aplikace ty mikro urychlovače budou mít moc malý výkon.

Odpovědět




Pro přispívání do diskuze musíte být přihlášeni


















Tento web používá k poskytování služeb, personalizaci reklam a analýze návštěvnosti soubory cookie. Používáním tohoto webu s tím souhlasíte. Další informace