加速未來　世界第一個微型粒子加速器問世

編譯／高晟鈞

粒子加速器是利用外部電場來推動粒子使之獲得高能量的儀器，被廣泛應用於工業、研究和醫療等領域。常見的例子有像是電視的陰極射線管，或是用於癌症治療的儀器等等。

然而，大部分用於工業、醫療等領域的粒子加速器體積龐大，因此科學家正努力突破它的物理限制。近期，來自德國埃爾朗根－紐倫堡大學的研究團隊，試著利用雷射光束加速光子奈米結構內的電子，當作新的替代方案，並與史丹佛大學合作，成功展示了第一台奈米光子──電子加速器。

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粒子加速器到奈米光子的演化

當我們第一次聽到「粒子加速器」，大多數人可能會想到位於瑞士日內瓦的大型強子對撞機，它是一條約27公里長的環形隧道，用來研究未知的粒子。然而，這只是最極端的一個例子，大多數位於醫院或是工業用的裝置，尺寸落在數公尺x數公尺以下。儘管如此，它們仍過於龐大。

而新型的奈米光子加速器，結構長度僅有0.5公分，電子加速通大寬度僅225奈米，大約只有一張電腦晶片那樣大。

引導電子＋加速＝粒子加速器

大約兩年前，研究團隊取得重大突破。他們成功地利用一種名為「交替相位聚焦」的方法來控制真空通道中電子的遠距離流動，成功完成粒子加速器的第一步──引導電子。在接下來的實驗中，他們成功地在0.5公分長度的奈米結構中，成功加速電子，獲得了12,000 電子伏特的能量（獲得約43%的能量）。

然而，這只是一個開始，滿足醫學用的粒子加速器，能量增益必須再增加約100倍。因此，現在研究團隊的目標主要放在增幅能量所得與電流，並擴展結構中並列的加速管道數量。

資料來源:ScitechDaily

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