Ένας επιταχυντής σωματιδίων που παράγει έντονες ακτίνες Χ θα μπορούσε, σύμφωνα με νέα έρευνα, να χωρέσει σε μια συσκευή μεγέθους τραπεζιού.
Η νέα έρευνα, που δημοσιεύθηκε στο περιοδικό Physical Review Letters, δείχνει πώς μικροσκοπικές δομές από νανοσωλήνες άνθρακα σε συνδυασμό με λέιζερ μπορούν να δημιουργήσουν εκθαμβωτικές ακτίνες Χ πάνω σε ένα μικροτσίπ. Αν και η συσκευή βρίσκεται ακόμα σε θεωρητικό στάδιο, η εξέλιξη αυτή θα μπορούσε να αλλάξει ριζικά την ιατρική, την επιστήμη των υλικών και πολλά ακόμη πεδία.
Από τα κολοσσιαία στα μικροσκοπικά
Οι περισσότεροι φαντάζονται τους επιταχυντές σωματιδίων ως τεράστιες μηχανές – δακτυλίους από μέταλλο και μαγνήτες που εκτείνονται για χιλιόμετρα κάτω από τη γη. Ο Μεγάλος Επιταχυντής Αδρονίων (LHC) στο CERN της Γενεύης, για παράδειγμα, έχει μήκος 27 χιλιομέτρων.
Η νέα μελέτη όμως δείχνει ότι ίσως σύντομα να είναι εφικτό να κατασκευαστούν εξαιρετικά μικροί επιταχυντές, μόλις μερικών μικρομέτρων πλάτους – πιο λεπτοί κι από μια ανθρώπινη τρίχα. Αυτές οι συσκευές θα μπορούσαν να παράγουν συνεκτικές, υψηλής ενέργειας ακτίνες Χ, παρόμοιες με εκείνες των πολυδισεκατομμυρίων εγκαταστάσεων σύγχροτρου, αλλά με κόστος και μέγεθος… ενός μικροτσίπ.
Η δύναμη του «στριφτού» φωτός
Η αρχή λειτουργίας βασίζεται σε μια ιδιαίτερη ιδιότητα του φωτός, τα επιφανειακά πλασμόνια πολαριτόνια (surface plasmon polaritons). Αυτά σχηματίζονται όταν το φως λέιζερ «κολλά» στην επιφάνεια ενός υλικού.
Στις προσομοιώσεις, μια κυκλικά πολωμένη δέσμη λέιζερ διέρχεται μέσα από έναν μικροσκοπικό κοιλότητα-σωλήνα. Το φως αυτό στρέφεται καθώς ταξιδεύει – σαν τιρμπουσόν – παγιδεύοντας και επιταχύνοντας ηλεκτρόνια μέσα στον σωλήνα, τα οποία ακολουθούν σπειροειδή τροχιά. Καθώς κινούνται συγχρονισμένα, τα ηλεκτρόνια εκπέμπουν ακτινοβολία με εξαιρετικά αυξημένη ένταση – έως και 100 φορές ισχυρότερη.
«Δημιουργήσαμε ένα μικροσκοπικό σύγχροτρο, όπου οι ίδιες φυσικές αρχές που ισχύουν σε εγκαταστάσεις μήκους χιλιομέτρων εκδηλώνονται σε νανοκλίμακα», εξηγεί ο Carsten Welsch.
Επιστήμη για όλους
Μια τέτοια απόδοση θα μπορούσε να δημοκρατικοποιήσει την πρόσβαση σε πηγές ακτίνων Χ υψηλής ισχύος. Σήμερα, οι ερευνητές πρέπει να υποβάλουν αιτήσεις για περιορισμένο χρόνο χρήσης σε εθνικά κέντρα σύγχροτρου, περιμένοντας μήνες για λίγες ώρες πειραμάτων.
Η νέα «επιταχυντική πλατφόρμα» θα μπορούσε να εγκατασταθεί σε νοσοκομεία, πανεπιστήμια ή βιομηχανικά εργαστήρια, καθιστώντας τη χρήση των ακτίνων Χ πολύ πιο προσιτή.
Στην ιατρική, αυτό σημαίνει πιο καθαρές μαστογραφίες και τεχνικές απεικόνισης μαλακών ιστών με απαράμιλλη λεπτομέρεια, χωρίς τη χρήση σκιαγραφικών.
Στην φαρμακευτική έρευνα, θα μπορούσε να επιτρέψει ανάλυση πρωτεϊνικών δομών επιτόπου, επιταχύνοντας τον σχεδιασμό νέων φαρμάκων.
Στην επιστήμη των υλικών και τη νανομηχανική, θα προσέφερε μη καταστροφικούς ελέγχους εξαρτημάτων με εξαιρετική ακρίβεια.
Περισσότερες πληροφορίες: Bifeng Lei et al, Συνεκτική Ακτινοβολία Σύγχροτρον με Διέγερση Πολαριτόνιου Επιφανειακού Πλασμονίου σε Επιφάνεια Μικροσωλήνα Σχεδόν Κρίσιμης Στερεάς Επιφάνειας, Physical Review Letters (2025). DOI: 10.1103/cnym-16hc
Πληροφορίες περιοδικού: Physical Review Letters
Παρέχεται από το The Conversation
