粒子加速器是用于借助電磁輻射將粒子推進(jìn)到瘋狂速度的設(shè)備。這些設(shè)備可能長達(dá)數(shù)千米，就像世界上功能最強(qiáng)大的加速器，位于瑞士的歐洲核子研究組織的大型強(qiáng)子對撞機(jī)(LHC)一樣。但是研究人員現(xiàn)在已經(jīng)創(chuàng)建了一種從頭到尾大小與頭發(fā)一樣大的粒子加速器。

在粒子物理學(xué)中，加速器用于執(zhí)行各種實(shí)驗(yàn)，這些實(shí)驗(yàn)要求帶電粒子具有相當(dāng)高的速度和能量。粒子以精確的間隔和角度受到電磁輻射的轟擊，以使其比以前更快地推進(jìn)。加速器不一定像大型強(qiáng)子對撞機(jī)那樣大。大小取決于所需的速度和能量以及所使用的輻射。

斯坦福大學(xué)和SLAC國家加速器實(shí)驗(yàn)室的研究人員希望“最小化加速器技術(shù)”，以便在實(shí)驗(yàn)室中更可行地使用它。該團(tuán)隊能夠提出一種粒子加速器，該加速器利用硅芯片發(fā)射的紅外輻射脈沖來推動粒子。

傳統(tǒng)的加速器使用微波，而研究小組則使用紅外波，因?yàn)樗梢栽谳^短的距離內(nèi)更快地推動帶電粒子。因此，加速器上的結(jié)構(gòu)將比傳統(tǒng)加速器的銅結(jié)構(gòu)小100,000倍。該團(tuán)隊借助逆向設(shè)計算法從頭開始設(shè)計了加速器，即真空密封的硅芯片。該軟件幫助研究人員設(shè)計了基于紅外輻射的芯片所需的納米級結(jié)構(gòu)。

該軟件提出了一個奇怪的結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)由容納硅線的通道組成，這些硅線從通道的特定位置伸出。來自芯片的紅外激光每秒脈沖100,000次，釋放出光子，該光子撞擊通道中的電子并使它們向前加速。研究人員的目標(biāo)是創(chuàng)建一個單級加速器，到2020年可以將電子提升到光速的94%或100萬電子伏特(1MeV)。當(dāng)前的原型需要大約1000級才能實(shí)現(xiàn)1MeV。研究人員還已經(jīng)開始研究該芯片的抗癌應(yīng)用。