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Acceleratore di particelle piccolo quanto un perno

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Se non sai niente sugli acceleratori di particelle, probabilmente saprai che sono molto grandi. Un nuovo approccio da parte dei ricercatori di Stanford ha portato ad un acceleratore più piccolo di un capello umano.

L'idea generale dietro agli acceleratori di particelle è che sono una lunga serie di emettitori di radiazioni che colpiscono la particella bersaglio con radiazioni, nel momento esatto, per spingerla in avanti più velocemente di prima. Il problema è che a seconda della radiazione che si utilizza e della velocità e dell'energia risultante che si desidera produrre, queste possono diventare molto grandi e molto velocemente.

Ciò limita anche le loro applicazioni; non puoi mettere esattamente un acceleratore di particelle nel tuo laboratorio o clinica se sono lunghi mezzo chilometro e impiegano megawatt per correre. Qualcosa di più piccolo potrebbe essere utile, anche se non era vicino a quei livelli di potenza  ed è quello che questi scienziati di Stanford hanno deciso di fare. 

"Vogliamo miniaturizzare la tecnologia dell'acceleratore in modo da renderla uno strumento di ricerca più accessibile", ha spiegato la responsabile del progetto in un comunicato stampa di Stanford.

Responsabile del progetto Jelena Vuckovic

Ma questo non è stato progettato come un tradizionale acceleratore di particelle come il Large Hadron Collider o uno presso il National Accelerator Laboratory del SLAC. Invece di progettarlo dal basso verso l'alto, hanno fornito i loro requisiti a un "algoritmo di progettazione inversa" che produceva il tipo di schema energetico di cui avevano bisogno dagli emettitori di radiazione infrarossa che volevano usare.

Ciò è in parte dovuto al fatto che le radiazioni infrarosse hanno una lunghezza d'onda molto più breve rispetto a qualcosa come le microonde, il che significa che i meccanismi stessi possono essere ridotti molto, forse troppo piccoli per progettare adeguatamente il modo ordinario.

La soluzione dell'algoritmo ai requisiti del team ha portato a una struttura insolita che assomiglia più a un test di Rorschach che a un acceleratore di particelle. Ma queste chiazze e canali sono sagomati con precisione per guidare l'impulso della luce laser a infrarossi in modo tale da spingere gli elettroni lungo il centro fino a una proporzione significativa della velocità della luce.

L '"acceleratore su un chip" risultante è largo solo poche decine di micron, rendendolo comodamente più piccolo di un capello umano e più che possibile impilarne alcuni sulla testa di uno spillo. Un paio di migliaia, davvero.

E ci vorranno un paio di migliaia per portare gli elettroni ai livelli di energia necessari per essere utili - ma non preoccuparti, fa tutto parte del piano. I chip sono completamente integrati ma possono essere facilmente inseriti in serie per creare assiemi più lunghi che producono potenze maggiori.

Questi non saranno in concorrenza con acceleratori di dimensioni macro come SLAC o Large Hadron Collider, ma potrebbero essere molto più utili per la ricerca e le applicazioni cliniche in cui non sono richiesti livelli di potenza distruttivi per il pianeta. Ad esempio, un acceleratore di elettroni delle dimensioni di un chip potrebbe essere in grado di dirigere le radiazioni in un tumore chirurgicamente piuttosto che attraverso la pelle.

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