可能掀起物理学革命的芯片级粒子加速器

SLAC国家加速器实验室（SLAC National Accelerator Laboratory）的研究人员开发出了一种新技术，可以使粒子加速器变得比现在更小得多。他们利用一种激光，在大约3毫米长的芯片上成功地使电子加速。这些研究成果发表在《自然》（Nature）杂志上。
顾名思义，粒子加速器就是使不同种类的亚原子粒子非常快速地移动。虽然我们通常认为粒子加速器属于高能物理领域，就像大型强子对撞机那样，但它们也被用于很多实际应用，例如在医生办公室里产生X射线。从技术上说，以前的阴极射线管（CRT）显示器或电视机也是粒子加速器。
这项技术的好处主要在于，它利用了在商业上可行的激光和现有的大规模生产工艺。也就是说，一旦工艺流程经过实际改良，它就能带来体积更小、可用于多种应用的新一代粒子加速器。
“在这项技术投入实际使用之前，我们还面临着很多挑战，但它最终将大幅降低未来高能粒子对撞机的大小和成本，帮助我们探索基本粒子和微观力量的世界。”物理学家乔尔•英格兰（Joel England）在新闻稿中说。
由玻璃制成的芯片包含了一系列的纳米脊线。这些纳米脊线负责处理激光的电场，以便在电子通过芯片时给电子“增压”。加速器增加了粒子的能量，但没有提高它们的速度（这实现起来很难）。目前，这项技术投入实际应用的主要障碍在于，必须先用传统加速器将粒子加速至接近光速，然后再将它们转移到这种芯片。
如果科学家成功地利用一种更加小巧的设备来完成第一步，那么这项技术将使粒子加速器变得更小、更便宜，有可能引发物理学的革命（举例说明，在发挥全部潜能的情况下，这种芯片加速器在100英尺距离中所获得的能量与SLAC加速器在整整2英里距离中所获得的能量相当）。
“它也将有助于创造小巧的加速器和X射线装置，用于安全扫描，医学治疗和成像，以及生物学和材料科学研究。”英格兰说。

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