微型粒子加速器的侧视图。图片来源：《自然》杂志

来自美国和德国的科学家在18日出版的《自然》杂志上刊发论文称，他们研制出了一款长度仅为0.2毫米的粒子加速器，这是迄今制造出的同类设备中最小的，也是首台可产生聚焦良好的快速电子束的微型加速器，能用激光将电子加速到十万公里/秒的速度，有望在医学领域找到用武之地。

如大型强子对撞机或治疗癌症的设施中的较大的粒子加速器，利用电场和磁场加速电子等粒子，这些电场通常由长度以米或厘米为单位的无线电波产生。在最新研究中，来自埃尔兰根-纽伦堡大学的彼得·霍梅尔霍夫等人利用光来加速粒子，光这种电磁波的波长以百纳米计，这使科学家能将加速器的尺寸从几公里宽缩小到不足一毫米。

为制造出这款粒子加速器，研究团队使用了数千根2微米高的硅柱，这些硅柱排列成两条平行线，每条平行线长0.2毫米。为让加速器运行，研究团队从上方将激光照射在这条柱状的“跑道”上，同时从侧面向其注入电子。来自激光的光波与硅柱相互作用，产生电磁场，使电子聚在一起形成窄束，并以超过十万公里/秒的速度加速穿过整个结构。

随后，研究团队在“跑道”上增加更多支柱，得到了0.5毫米长的粒子加速器，其可让电子“跑得更快”，携带的能量增加43%，表明这种加速器可扩展并集成在芯片上、甚至直接集成在光纤的端口上。

以前科学家们建造了一些微型加速器，但新加速器不仅能加速电子，还可将电子限制在相对较窄的光束中以用于科学实验。

霍梅尔霍夫表示，尽管电子在新设备中获得的能量仅为其在大型加速器中获得能量的百万分之一，但利用熔融二氧化硅这种能承受更强烈激光的玻璃材料制作柱体，有可能提高电子的能量。此外，他们最终有望将加速器缩小到可放在笔尖上，成为医生或生物实验室科学家的好帮手。

来源：科技日报