芯片级粒子加速器问世：科学家将16英里设备缩至拇指大小

十大品牌 2025年08月11日 02:00 0 aa

科罗拉多大学丹佛分校的研究团队实现了粒子物理学领域的重大突破，成功开发出一种基于硅芯片的微型粒子加速器技术。这项创新将传统需要数英里长度的大型粒子对撞机功能压缩到不超过拇指大小的设备中，为精准癌症治疗和基础物理研究开辟了全新路径。

电气工程助理教授阿卡什·萨海博士领导的研究团队通过创造性的材料工程，解决了在微观尺度上产生超强电磁场的技术难题。这一成果已被刊登在量子材料研究领域权威期刊《先进量子技术》的封面，标志着粒子物理学向小型化和实用化迈出了关键一步。

科罗拉多大学丹佛分校的一位工程师开发了一项突破性的量子技术，可以将大型粒子对撞机缩小到微芯片大小。图片来源：SciTechDaily.com

传统的粒子加速器如瑞士欧洲核子研究中心的大型强子对撞机，需要16.7英里的环形隧道、复杂的射频系统和超导磁体才能产生高能粒子束。这些设施不仅建设成本高昂，运营维护也需要巨额资金投入，同时存在技术风险。萨海的创新技术彻底改变了这一局面，将庞大的基础设施需求转化为紧凑的芯片级解决方案。

量子级材料工程的突破

研究生 Kalyan Tirumalasetty（左）和电气工程助理教授 Aakash Sahai 在实验室中研究量子技术。图片来源：科罗拉多大学丹佛分校

萨海团队开发的核心技术基于一种特殊的硅基材料，能够承受高能粒子束的冲击而保持结构稳定性。这种材料的独特之处在于其能够有效传导振荡量子电子气产生的能量，同时通过精确控制热量分布来维护整体结构完整性。

"在保留材料底层结构的同时操控如此高的能量流是一项突破，"参与该项目的研究生卡利安·蒂鲁马拉塞蒂表示。材料内部电子的快速振荡和散射过程正是产生超强电磁场的关键机制，这一过程在微处理器和大型粒子加速器中都发挥着核心作用。

该技术的验证工作在斯坦福直线加速器实验室国家加速器实验室进行，这一美国能源部资助的世界级设施为新技术的测试提供了理想环境。通过在SLAC的实验验证，研究团队证实了芯片级设备确实能够产生与大型加速器相当的高能电磁场效应。

工程学助理教授 Aakash Sahai 和研究生 Kalyan Tirumalasetty 即将为科学家们提供一种新工具，帮助他们将科幻变成现实。图片来源：科罗拉多大学丹佛分校

科罗拉多大学丹佛分校已为这项技术申请并获得了美国和国际临时专利，为未来的商业化应用奠定了基础。虽然实际应用可能还需要数年时间，但其潜在的变革性影响已经引起了科学界的广泛关注。

医疗应用的革命性前景

这项技术最令人期待的应用领域之一是癌症治疗。伽马射线激光的概念长期以来被认为是科幻小说中的想象，但萨海的研究为其实现提供了现实可能性。伽马射线激光能够在原子核层面进行精确操作，理论上可以选择性地摧毁癌细胞而不损害周围的健康组织。

电气工程助理教授Aakash Sahai。图片来源：科罗拉多大学丹佛分校

"我们不仅可以对细胞核进行组织成像，还能深入到底层原子的原子核，"萨海解释道。"这意味着科学家和医生将能够看到原子核层面发生的事情，这或许能加速我们对在如此微小尺度上占据主导地位的巨大力量的理解，同时也能带来更好的医疗和治愈方法。"

这种技术突破的意义不仅限于治疗手段的改进，更在于它为医学成像和诊断提供了前所未有的精度。在纳米尺度上观察和操作细胞结构的能力，可能彻底改变我们对疾病发生机制的理解，为个性化医疗和精准治疗开辟新的道路。

基础物理研究的新工具

除了医疗应用，这项技术还为基础物理研究提供了强大的新工具。极端等离子体技术能够在实验室条件下重现宇宙中的极端环境，为验证各种宇宙学理论提供可能性。从多元宇宙的存在性到宇宙结构的本质，这些长期困扰科学家的根本性问题可能通过这种新技术找到答案。

工程助理教授 Aakash Sahai 和研究生 Kalyan Tirumalasetty 在科罗拉多大学丹佛分校的激光实验室进行测试。图片来源：科罗拉多大学丹佛分校

萨海的研究轨迹可以追溯到2018年，当时他发表了关于反物质加速器的开创性研究。这些基础性工作为当前的突破奠定了理论基础，体现了基础科学研究的长期价值和累积效应。

"这项技术将开辟全新的研究领域，并对世界产生直接影响，"萨海强调。他将这一突破与历史上推动技术革命的发现相提并论，如亚原子结构的理解促成了激光、计算机芯片和发光二极管的诞生。

研究团队计划在今年夏天重返SLAC继续改进硅芯片材料和激光技术。虽然从实验室突破到实际应用通常需要数十年时间，但萨海对技术的实用化前景持乐观态度："这需要一段时间，但在我有生之年，这很有可能实现。"

这项研究代表了科学技术发展中的一个重要节点，它不仅展示了材料科学和量子技术的最新进展，更为解决人类面临的重大挑战提供了新的可能性。从癌症治疗到宇宙探索，芯片级粒子加速器技术正在将科幻小说中的概念转化为现实中的工具。

玩家必备教程“微信金花有挂吗”（详细透视教程）-哔哩哔哩

发表评论