สร้างเครื่องเร่งอนุภาคขนาดจิ๋วบนแผ่นซิลิคอนชิปได้สำเร็จแล้ว

  • 13 มกราคม 2020
ภาพนี้ผ่านการขยายใหญ่ 25,000 เท่า เพื่อแสดงให้เห็นส่วนหนึ่งของเครื่องเร่งอนุภาคบนซิลิคอนชิป ลำแสงสีเหลืองและม่วงคือเลเซอร์อินฟราเรดที่ใช้เร่งอิเล็กตรอน Image copyright NEIL SAPRA
คำบรรยายภาพ ภาพนี้ผ่านการขยายใหญ่ 25,000 เท่า เพื่อแสดงให้เห็นส่วนหนึ่งของเครื่องเร่งอนุภาคบนซิลิคอนชิป ลำแสงสีเหลืองและม่วงคือเลเซอร์อินฟราเรดที่ใช้เร่งอิเล็กตรอน

เมื่อเอ่ยถึงเครื่องเร่งอนุภาค หลายคนมักจะนึกถึงอุปกรณ์ขนาดใหญ่โตมโหฬารซึ่งมีความยาวร่วมหลายสิบกิโลเมตร เช่นเครื่องชนอนุภาค LHC ที่รู้จักกันดี แต่มีน้อยคนที่จะทราบว่า เราสามารถย่อส่วนเครื่องเร่งอนุภาคขนาดยักษ์ให้ลงมาอยู่ในพื้นที่ไม่กี่ตารางนิ้วบนแผ่นวงจรรวมหรือซิลิคอนชิปได้แล้ว

ทีมนักวิทยาศาสตร์นานาชาติ นำโดยนักวิจัยจากศูนย์เครื่องเร่งอนุภาคแนวตรงแห่งมหาวิทยาลัยสแตนฟอร์ด หรือ "สแล็ก" (SLAC) ของสหรัฐฯ ตีพิมพ์เผยแพร่รายละเอียดของผลงานที่คิดค้นขึ้นล่าสุดลงในวารสาร Science โดยระบุว่าสามารถประดิษฐ์ต้นแบบเครื่องเร่งอนุภาคขนาดจิ๋ว ที่อาจจะเร่งให้อิเล็กตรอนมีความเร็วสูงสุดได้ถึง 94% ของความเร็วแสงได้เป็นผลสำเร็จแล้ว

ศาสตราจารย์เยเลนา วุซโกวิซ ผู้เชี่ยวชาญด้านวิศวกรรมไฟฟ้าของทีมวิจัยมหาวิทยาลัยสแตนฟอร์ดบอกว่า "เครื่องเร่งอนุภาคโดยทั่วไปนั้น เปรียบได้กับกล้องโทรทรรศน์ทรงประสิทธิภาพที่มีอยู่ไม่กี่แห่งในโลก ซึ่งบรรดานักวิทยาศาสตร์นานาชาติหลายร้อยทีมต้องพากันมารอจองคิวเข้าใช้งานกันเป็นปี กว่าจะได้ลงมือทำการทดลองของแต่ละคน"

"มันคงจะดีกว่า ถ้าเรามีเครื่องเร่งอนุภาคขนาดเล็กราคาถูก จนใคร ๆ ก็สามารถหาไปใช้ในห้องทดลองของตนเองได้"

Image copyright Getty Images
คำบรรยายภาพ วงจรรวม (IC) หรือซิลิคอนชิป

เครื่องเร่งอนุภาคดังกล่าวใช้ลำแสงเลเซอร์อินฟราเรด เป็นตัวเร่งให้อนุภาคอิเล็กตรอนเคลื่อนที่ไปตามร่องแนวตรงจำนวน 1,000 ร่องบนแผ่นซิลิคอนชิป โดยร่องนี้มีความกว้างเพียงระดับนาโนเมตรซึ่งเล็กยิ่งกว่าเส้นผมเสียอีก

อุปกรณ์นี้ออกแบบและผลิตขึ้นด้วยวิธีการย้อนกลับ (inverse approach) โดยใช้อัลกอริทึมของคอมพิวเตอร์ช่วยคำนวณเพื่อให้คำแนะนำถึงระดับพลังงานเป้าหมายที่เหมาะสมและเป็นไปได้ก่อน แล้วจึงสร้างเครื่องเร่งอนุภาคขนาดจิ๋วให้ได้ตามคุณสมบัติที่กำหนดไว้

แม้เครื่องเร่งอนุภาคขนาดจิ๋วนี้ จะไม่สามารถเร่งอนุภาคในระดับพลังงานที่สูงเท่ากับเครื่องมือขนาดยักษ์ได้ แต่อาจจะนำไปใช้ประโยชน์ได้อย่างกว้างขวาง นอกจากการเป็นอุปกรณ์ทดลองทางเลือกสำหรับนักวิทยาศาสตร์

ทีมผู้วิจัยระบุว่า สามารถนำเครื่องเร่งอนุภาคบนซิลิคอนชิปนี้ไปใช้งานทางการแพทย์ เช่นเพิ่มประสิทธิภาพของอุปกรณ์เอกซเรย์ สร้างกล้องจุลทรรศน์กำลังขยายสูง นำการฉายรังสีเข้าทำลายเนื้อร้ายได้ตรงจุด รวมทั้งเป็นตัวควบคุมปฏิกิริยาเคมี หรือนำไปใช้ด้านการวิเคราะห์ทางวัสดุศาสตร์ได้อีกด้วย แต่จะต้องใช้เวลาในการพัฒนาต่อไปอีกสักระยะ

ข่าวที่เกี่ยวข้อง

อ่านข่าวนี้เพิ่มเติม