En partikkelakselerator mellom fingrene: Ørliten prototyp viser at prinsippet virker. Med høyere frekvenser kan akseleratoren krympes over hundre ganger. Teknologien kan blant annet brukes til medisinske avbildninger, til å avsløre raske kjemiske reaksjoner som for eksempel fotosyntesen, og av partikkelfysikere til å studere elektroner ved høye hastigheter. Den er utviklet ved amerikanske MIT og det tyske forskningssenteret Deutsches Elektronen-Synchrotron. (Foto: DESY/Heiner Müller-Elsner)
Kjære, jeg krympet partikkelakseleratoren
Kortere bølgelengder gir ørsmå røntgenlasere og akseleratorer for partikkelfysikk.
Large Hadron Collider i lommeformat? Nei, ikke nettopp, men likevel et skritt i retning av mindre partikkelakseleratorer som strekker seg over meter, ikke kilometer.
De kan blant annet brukes til å studere kjemiske reaksjoner og til medisinsk forskning.
Kunststykket er å bruke kortere bølgelengder. En vanlig partikkelakselerator, slik som for eksempel gigantakseleratoren LHC i Genève, bruker elektromagnetiske radiobølger for å akselerere hydrogenkjerner til nær lyshastigheten.
I LHC har svinger disse radiobølgene rundt 400 millioner ganger i sekundet. Det høres raskt ut, men bølgene som forskerne bak miniakseleratoren bruker, svinger rundt tusen ganger raskere.
Elektroner gir røntgenglimt
Disse elektronmagnetiske bølgene havner dermed i grenselandet mellom radiobølger og infrarøde bølger, også kjent som varmestråling.
Forskerne fra Tyskland, USA og Canada har utviklet en akselerator som setter fart på partikler i en prototyp. Den ligner et tynt, kort sugerør.
Miniakseleratoren setter ikke fart på hydrogenkjerner, slik som LHC. Den drar i gang de enda mindre elektronene, som omgir atomkjernene og gir oss elektrisk strøm.
Sluttproduktet fra denne akselerasjonen er laserlys av røntgenstråler. Disse røntgenglimtene er så korte at de kan gi øyeblikksbilder av hva som skjer inne i molekyler når de reagerer kjemisk med hverandre.
Avslører raske kjemiske reaksjoner
Slik kan for eksempel de raske reaksjonene i fotosyntesen til planter studeres nærmere. Denne fotosyntesen omdanner sollys til energi.
Hvis vi klarer å etterligne fotosyntesen, kan vi lage energi mer effektivt og unngå CO2-utslipp, mener forskerne i en nyhetsmelding fra det tyske forskningssenteret Deutsches Elektronen-Synchrotron (DESY).
Slike raske røntgenpulser kan også brukes til å studere materialer og til avbildninger i menneskekroppen, til nytte for legevitenskapen.
Fra tre kilometer til under en meter
Røntgenpulsene oppstår når elektronene avbøyes av de elektromagnetiske bølgene. Det samme prinsippet skal brukes i den nye europeiske røntgenlaseren XFEL.
Men XFEL bruker de lengre radiobølgene for å akselerere elektronene. Dermed blir den mer enn tre kilometer lang.
En miniversjon med kortere bølgelengder vil til sammenligning kunne gjøre jobben og bare være under en meter lang, ifølge nyhetsmeldingen.
Nyttig for partikkelfysikere
Elektronene kan også brukes til mer enn å lage røntgenstråler. De kan også sendes direkte gjennom materialer for å finne ut av hvordan de er bygget opp.
De kan også akselereres til bruk for partikkelfysikere, som også trenger å se hvordan elektroner oppfører seg ved store hastigheter.
Lenke og referanse:
Physicists shrink particle accelerator, nyhetsmelding fra Deutsches Elektronen-Synchrotron (DESY).
Emilio A. Nanni m.fl.: Terahertz-driven linear electron acceleration, Nature Communications 6.oktober 2015, doi:10.1038/ncomms9486.
