撰文：哈里·贝克                 2023年10月26日

纳米光子电子加速器由一个微芯片组成，该微芯片包含一个只有几毫米长的微小加速管。这张照片显示了与一角硬币相比的设备。（图片：FAU/激光物理学，Stefanie Kraus，Julian Litzel）

科学家最近首次启动了，世界上最小的粒子加速器。这项只有一枚小硬币大小的微小技术胜利，可能会为广泛的应用打开大门，包括在人类患者体内使用微小的粒子加速器。

这台被称为纳米光子电子加速器（NEA）的新机器，由一个小型微芯片组成，该微芯片内有一个更小的真空管，由数千个单独的“柱子”组成。研究人员可以通过向这些柱子发射迷你激光束来加速电子。

主加速管长约0.02英寸（0.5毫米），比欧洲核子研究中心位于瑞士的大型强子对撞机（LHC）的16.8英里长（27公里）的环，短5400万倍。LHC是世界上最大、最强有力的粒子加速器，它发现了一系列新粒子，包括希格斯玻色子（或上帝粒子）、幽灵中微子，迷人的介子和神秘的X粒子。

这个微小隧道的内部只有225纳米宽。根据国家纳米技术研究所的数据，就背景而言，人类头发的厚度为80000至100000纳米。

在10月18日发表在《自然》杂志上的一项新研究中，德国埃尔兰根-纽伦堡弗里德里希-亚历山大大学（FAU）的研究人员，使用这种微小的装置将电子从28.4的能量值加速 千电子伏至40.7 keV，这是大约43%的增长。

研究人员在一份声明中写道，这是2015年首次提出的纳米光子电子加速器，首次成功激发。（斯坦福大学的研究人员，已经用他们的迷你加速器重复了这一壮举，但他们的结果仍在审查中）。

研究合著者、FAU物理学家罗伊.夏洛伊在声明中表示：“我们第一次真正可以谈论（微）芯片上的粒子加速器。

LHC使用9000多块磁铁来产生磁场，将粒子加速到大约99.9%的光速。NEA也会产生磁场，但它是通过向真空管中的柱子发射光束来工作的；这以正确的方式放大了能量，但由此产生的能量场要弱得多。

被NEA加速的电子的能量，只有被LHC加速的粒子的百万分之一左右。然而，研究人员相信，他们可以通过使用替代材料，或将多个管堆叠在一起来改进NEA的设计，这可以进一步加速粒子。尽管如此，它们永远不会达到与大型对撞机相同的能级。

这可能不是一件坏事，因为创建这些加速器的主要目标是，在靶向医疗中利用加速电子释放的能量，以取代更具破坏性的放射疗法，后者用于杀死癌细胞。

该研究的主要作者、FAU的物理学家托马斯.乔鲁拉在声明中写道：“理想的应用是在内窥镜上放置粒子加速器，以便能够直接在体内受影响的区域进行放射治疗。”但这还有很长的路要走，他补充道。