علوم القطيف مقالات علمية في شتى المجالات العلمية
تعتبر مسرعات الجسيمات مثل المسرع النووي الكبير المعروف بـ (مصادم هادرون الكبير) أو (LHC) أدوات مفيدة بشكل لا يصدق لدراسة بعض أساسيات فيزياء الجسيمات – وعادة ما تكون هذه المسرعات ضخمة جدا – لكن العلماء تمكنوا مؤخرا من تطوير مسرع صغير على رقاقة سيليكون.
(مسرع الجسيمات: هو جهاز يستخدم المجالات الكهربائية لتعجيل وصول جسيمات الشحنات الكهربائية مثل الإلكترونات أو البروتونات إلى سرعات عالية لتنتج أشعة من الجسيمات المشحونة التي يمكن استخدامها لمجموعة متنوعة من الأغراض البحثية).
هذا المسرع الصغير جدا لا يضاهي المسرعات الكبيرة قوة وأداء ، لكنه مفيد جدا للباحثين الذين لا يستطيعون الوصول الى المسرعات الضخمة القليلة العدد في العالم.
بالرغم من أن هذا المسرع المبتكر ما زال تحت التجربة ، إلا أن فريق البحث الذي يقف وراءه يأمل في أن يكون هذا المسرع بمثابة الخطوة الأولى نحو توفير بديل منافس لمسرعات الجسيمات الضخمة المعروفة ، مثل LHC ومختبر التسريع الوطني (SLAC) بأمريكا.
تقول المهندسة الكهربائية جيلينا فاكوفيتش من جامعة ستانفورد: “إن المسرعات الضخمة تشبه التلسكوبات القوية”. “لا يوجد منها سوى عدد قليل في العالم ويتوجب على العلماء السفر اليها وأخذ الإذن مسبقا لاستخدامها”.
المسرع الصغير المبتكر قليل التكاليف مؤهل لأن يكون أداة بحث متطورة وحاضرة بين يدي الباحثين. ولتحقيق ذلك ، يتوجب على الباحثين استخدام موجات الليزر القصيرة بدلاً من موجات الميكروويف الواسعة المستخدمة عادة في المسرعات الضخمة.
لقد قام فريق البحث بحفر قناة نانوية في السيليكون – أقل من عرض شعرة الإنسان – وتم إغلاق هذه القناة بعد إفراغها من الهواء تماما، ثم دفعوا الإلكترونات من خلالها باستخدام نبضات ضوء الأشعة تحت الحمراء (من خصائص مادة السيليكون أنها شفافة لحزم الضوء وخاصة تحت الحمراء).
استخدم الباحثون ما وصفوه بأنه نهج “معكوس” لتصميم مسرع الجسيمات ، والذي يقضي أولاً في تحديد مقدار الطاقة الضوئية التي يريدون إيصالها ، وثانيا العمل لإنشاء هياكل نانوية قادرة على إيصال هذه الطاقة.
على الرغم من استخدام تسريع الليزر من قبل ، إلا أن هذه هي المرة الأولى التي يتمكن فيها العلماء من بناء نظام تسريع كامل في مساحة صغيرة جدًا (كرقاقة سيليكون)، ويرجع فضل هذا الإنجاز إلى خوارزميات الكمبيوتر التي ساعدت في تصميم هذا المسرع الصغير.
الفيزيائي روبرت باير من جامعة ستانفورد يقول: “ليس عليك فقط إثبات القدرة على ربط ضوء الليزر بالإلكترونات في هذه الهياكل الصغيرة للغاية ، ولكن عليك أيضًا توليد الإلكترونات ونقلها أيضًا عبر القناة”.
الخبر السار هو أن هذا الإبتكار يؤدي إلى تمكين الباحثين من العمل بحرية في مجالات متعددة تغطي الكيمياء والبيولوجيا وعلوم المواد بصورة اسهل وأرخص. هذا المسرع الصغير يشبهه الباحثون بجهاز الكمبيوتر المنزلي الذي حل محل أجهزة الكمبيوتر المركزية التي كانت تستهلك غرفًا بأكملها.
*تمت الترجمة بتصرف