Urychlovač velikosti centu. Kredit: FAU/Laser Physics, Stefanie Kraus, Julian Litzel.

Když se řekne urychlovač částic, lidé si obvykle představí Velký hadronový srážeč LHC v CERNu anebo podobné technologické monstrum, které představuje kilometry tunely a ohromné množství špičkového vybavení za miliardy dolarů. Takové mašiny jsou ale výjimkou.

Tomáš Chlouba. Kredit: FAU.

Ve skutečnosti se s urychlovači setkáváme častěji, než bychom na první pohled řekli. Podílejí se například na zobrazování v diagnostice, ozařování nádorů nebo třeba na analýze materiálů. V takových případech jde o zařízení až do velikosti pouhých několika metrů. Je to sice podstatně méně než u LHC, ale fyzici stále nejsou spokojení.

V současnosti se řada výzkumných týmů věnuje vývoji laserových nanofotonických urychlovačů, které jsou velké asi tak 0,5 milimetru a elektrony jsou v nich urychlovány v kanálku o šířce cca 225 nanometrů. Tyhle věci jsou velké jako počítačové čipy a jistě by bylo možné je zabudovat do počítače či chytrého telefonu.

K čemu jsou dobré urychlovače, které se vejdou na minci? Představují mikroskopickou alternativu masivních zařízení, která zaberou celou místnost v budově. A jsou také mnohem levnější. Zní to lákavě, ale doposud se nepovedlo na nanofotonickém urychlovači dosáhnout podstatného urychlení částic.

Logo. Kredit: FAU.

Až nedávno uspěl tým laserových fyziků německé Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU), který vedl Tomáš Chlouba. Jak to ve vědě bývá až překvapivě často, ve stejnou dobu dosáhl stejného výsledku i další vědecký tým, z americké Stanford University. Zatím ale ještě nemají publikaci, na rozdíl od Chlouby a spol. Jak uvádí Chloubův kolega Leon Brückner, na nanofotonickém urychlovači urychlili elektrony na energii o 12,3 keV vyšší, což byl nárůst o 45 procent.

V nanofotonických urychlovačích, kterým se také říká dielektrické laserové urychlovače, pohánějí elektrony ultrakrátké laserové pulzy. Velkou výhodou dielektrických, čili nevodivých materiálů v tomto případě je, že si poradí se zářením na optických vlnových délkách. Kovové povrchy v těchto zařízeních nezvládají záření kratších vlnových délek než rádiové spektrum.

Chlouba si vysnil, že jednoho dne bude urychlovač částic na špičce endoskopu a zařídí ozařování přímo v těle pacienta, cílené přesně na nádor. Na technologii nanofotonických urychlovačů ale ještě budou muset zapracovat. Aby dosáhli smysluplného využití v radiační medicíně, budou muset zvyšovat energii elektronů nikoliv o 43 procent ale asi tak stonásobně.

Video: New Particle Accelerators: On a Nanophotonic Chip?

Literatura

FAU 18. 10. 2023.

Nature 622: 476–480.