Революционно квантово устройство, достатъчно малко, за да се побере в ръката ви, би могло един ден да отговори на един от най-големите въпроси в науката – дали мултивселената е реална. Този мъничък чип може да генерира екстремни електромагнитни полета, някога възможни само в масивни, километрични ускорители на частици.
Освен че изследва тъканта на реалността, той би могъл да доведе до мощни гама-лъчеви лазери, способни да унищожават раковите клетки на атомно ниво, предлагайки поглед към бъдеще, където най-дълбоките мистерии на вселената и животоспасяващи медицински открития се отключват от технология, не по-голяма от палеца ви.
Инженер от Университета на Колорадо в Денвър е на прага да предостави на учените нов инструмент, който може да им помогне да превърнат научната фантастика в реалност.
Представете си безопасен гама-лазер, който би могъл да унищожи раковите клетки, без да уврежда здравите тъкани. Или инструмент, който би могъл да помогне да се определи дали теорията за мултивселената на Стивън Хокинг е реална, разкривайки тъканта, която е в основата на вселената.
Доцентът по електротехника Аакаш Сахай (Aakash Sahai), доктор, е разработил революционна квантова технология, която би могла да помогне за развитието на тези научнофантастични идеи и е развълнувала научната общност заради потенциала си да направи революция в разбирането ни за физиката, химията и медицината.
Advanced Quantum Technologies, едно от най-влиятелните списания в областта на квантовата наука, материалите и технологиите, е признало работата на Сахай и е представило изследването му на корицата на юнския си брой.
"Това е много вълнуващо, защото тази технология ще отвори изцяло нови области на изследване и ще има пряко въздействие върху света", каза Сахай. "В миналото сме имали технологични пробиви, които ни тласнаха напред, като например субатомната структура, довела до лазери, компютърни чипове и светодиоди. Тази иновация, която също се основава на материалознанието, е в същия дух."
Как работи
Сахай е открил начин да създава екстремни електромагнитни полета, невъзможни досега в лабораторни условия. Тези електромагнитни полета – създадени, когато електроните в материалите вибрират и отскачат с невероятно високи скорости – захранват всичко - от компютърни чипове до суперускорители на частици, които търсят доказателства за тъмна материя.
Досега създаването на полета, достатъчно силни за напреднали експерименти, изискваше огромни и скъпи съоръжения. Например, учените, които търсят доказателства за тъмна материя, използват машини като Големия адронен колайдер в ЦЕРН, Европейската организация за ядрени изследвания, в Швейцария. За да побере радиочестотните кухини и свръхпроводящите магнити, необходими за ускоряване на високоенергийни лъчи, ускорителят е дълъг 27 километра. Провеждането на експерименти в такъв мащаб изисква огромни ресурси, изключително скъпо е, а и аварии не са изключени.
Сахай разработва материал на силициева основа, подобен на чип, който може да издържи на лъчи от високоенергийни частици, да управлява енергийния поток и да позволи на учените да имат достъп до електромагнитни полета, създадени от трептенията или вибрациите на квантовия електронен газ – всичко това в пространство с размерите на палец. Бързото движение създава електромагнитните полета. С техниката на Сахай материалът управлява топлинния поток, генериран от трептенето, и поддържа пробата непокътната и стабилна. Това дава на учените начин да видят активността както никога досега и отваря възможността за свиване на километрични колайдери в чип.
"Манипулирането на такъв висок енергиен поток, като същевременно се запазва основната структура на материала, е голямо постижение", коментира Калян Тирумаласети (Kalyan Tirumalasetty), докторант в лабораторията на Сахай, работещ по проекта. "Този пробив в технологиите може да доведе до реална промяна в света. Става въпрос за разбиране как работи природата и използване на това знание, за да се окаже положително въздействие върху света."
Технологията и методът са разработени в Университета на Колорадо, Денвър, и тествани в Националната ускорителна лаборатория SLAC, съоръжение от световна класа, управлявано от Станфордския университет и финансирано от Министерството на енергетиката на САЩ.
Приложения на тази технология
Университетът в Денвър вече е кандидатствал и е получил предварителни патенти за технологията в САЩ и в международен план. Макар че практическите приложения в реалния свят може да не се осъществят скоро, потенциалът за по-добро разбиране на това как работи Вселената и по този начин за подобряване на живота е това, което мотивира Сахай и Тирумаласети да прекарват дълги часове в лабораторията и в SLAC.
"Гама-лъчевите лазери биха могли да станат реалност", заявява Сахай. "Бихме могли да получим изображения на тъкани не само до ядрото на клетките, но и до ядрото на подлежащите атоми. Това означава, че учените и лекарите биха могли да видят какво се случва на ядрено ниво и това би могло да ускори разбирането ни за огромните сили, които доминират в толкова малки мащаби, като същевременно доведе до по-добри медицински лечения. В крайна сметка бихме могли да разработим гама-лъчеви лазери, за да модифицираме ядрото и да премахваме раковите клетки на нано ниво."
Екстремните плазмони
Нанометричното ограничаване на електромагнитната енергия става възможно с помощта на плазмони, които са квазичастици, съставени от колективни трептения на електронен газ с проводима зона. Инженерите от Университета в Денвър са моделирани непертурбативни плазмони с трептения с голяма амплитуда, които се приближават до екстремната граница, зададена от нарушаване на характерната кохерентност на колективните квантови трептения на електронен газ.
За разлика от тях, конвенционалните плазмони са трептения с малка амплитуда. Контролираното възбуждане на такива екстремни плазмони, моделирани в новато проучване, вече е осъществимо с тенденциите в компресията на снопове от ултракъси частици.
Екстремните плазмони разгръщат несравними възможности, включително достъп до безпрецедентни полета от петаволти на метър (PV/m).
Техниката на екстремните плазмони би могла да помогне и за тестването на широк спектър от теории за това как работи нашата вселена – от възможността за мултивселена до изследване на самата тъкан на нашата вселена. Тези възможности вълнуват Тирумаласети, който някога е обмислял да стане физик.
Плазмоните са кохерентни трептения на квантов газ от проводими електрони, които са направили възможни изследвания в нанометров мащаб. Тази работа въвежда модел на екстремни плазмони, които са непертурбативни възбуждания, за разлика от слабо пертурбираните конвенционални плазмони. Екстремните плазмони позволяват безпрецедентни PV/m полета, които отварят нови, широкообхватни възможности, включително тези във физиката на елементарните частици и фотонните науки чрез нанометрично ограничаване на електромагнитна енергия в голям мащаб. Кредит: Aakash A. Sahai; https://doi.org/10.1002/qute.202500037
"Да изследвам природата и как тя работи в нейния фундаментален мащаб е много важно за мен", отбелязва той. "Но инженерите дават на учените инструментите да правят повече от това да разбират. И това е... това е вълнуващо."
Двамата изследователи имат намерение да продължат да усъвършенстват материала за силициевите чипове и лазерната техника. За разлика от филмите, разработването на революционни технологии може да отнеме десетилетия. Всъщност, част от основополагащата работа, довела до този ключов момент, започва през 2018 г., когато Сахай публикува първото си изследване на ускорителите на антиматерия.
"Ще отнеме известно време, но в рамките на моя живот е много вероятно", заявява Сахай.
За изследователите
Аакаш Сахай има докторска степен по физика на плазмата от университета Дюк, магистърска степен по електроинженерство от университета Станфорд и магистърска степен по физика от университета Индиана, Блумингтън. Той е член на групата по електромагнетизъм, плазма и изчисления в колежа по инженерство, дизайн и изчисления към Университета на Колорадо, Денвър. Преди да се присъедини към него през 2018 г., той е работил като научен сътрудник в Имперския колеж, Лондон, и е заемал научноизследователски и развойни позиции в частния сектор. Сахай е публикувал повече от дузина статии в рецензирани списания и е чест лектор на събития на SLAC, CERN и Американското физическо дружество. Той е и рецензент за няколко научни списания.
Калян Тирумаласети следва докторска степен по електроинженерство и магистърска степен по електроинженерство от Калифорнийския университет в Денвър, както и бакалавърска степен по електроника и комуникационно инженерство от Инженерния колеж Анураг към Технологичния университет "Джавахарлал Неру". По време на магистърската си степен той е работил като научен сътрудник за Сахай, за да разработи тази технологична установка в SLAC.
Справка: Aakash A. Sahai. Extreme Plasmons. Advanced Quantum Technologies, 2025; 8 (6) DOI: 10.1002/qute.202500037
Източник: CU Denver Develops Quantum Tool that May Lead to Gamma-Ray Lasers and Access the Multiverse, University of Colorado Denver
Коментари
Моля, регистрирайте се от TУК!
Ако вече имате регистрация, натиснете ТУК!
Няма коментари към тази новина !
Последни коментари
Прост Човек
Стъклените бутилки съдържат 5 до 50 пъти повече микропластмаси от пластмасовите бутилки
dolivo
Най-старите "човешки" фосили в Япония, се оказаха нечовешки, твърди ново проучване
dolivo
Как „зеленото побутване“ стимулира устойчивите избори на хората
helper68
Натурални суперколайдери: Черните дупки могат да се използват ускорители на частици