Nanofotoniczny akcelerator elektronów (NEA, ang. nanophotonic electron accelerator), bo taką nazwę nosi to urządzenie, składa się z niewielkiego chipu, we wnętrzu którego umieszczono rurę próżniową stworzoną z tysięcy pojedynczych filarów. Przyspieszanie elektronów w tym urządzeniu następuje wskutek wystrzelenia miniaturowych promieni laserowych w ich kierunku
Można tutaj zapytać o bezwzględne rozmiary akceleratora i jego komponentów. Wartości są tutaj iście szokujące. Wystarczy sobie wyobrazić, że długość rury próżniowej, w której przyspieszane są elektrony, wynosi zaledwie 0,5 milimetra. Tutaj należy przypomnieć, że długość rury, w której przyspieszane są cząstki w Wielkim Zderzaczu Hadronów, wynosi 27 kilometrów. Tutaj mamy pół milimetra.
Czytaj także: Wsadził żywe zwierzę do akceleratora cząstek. Szaleniec czy geniusz?
Skoro rura na długość ma 0,5 mm, na usta ciśnie się pytanie o szerokość tejże rury. Odpowiedź jest równie zaskakująca: 225 nanometrów. Jako że na co dzień nikt nie operuje w nanometrach, warto uzmysłowić tutaj, o jakim rzędzie wielkości mówimy: średnia grubość ludzkiego włosa wynosi od 80000 do 100000 nanometrów.
W najnowszym artykule naukowym opublikowanym w periodyku Nature, naukowcy z Uniwersytetu w Erlanger-Norymbedze w Niemczech opisują eksperyment przeprowadzony na mikroskopijnym akceleratorze. W pracy badacze opisują udaną próbę zmiany za pomocą akceleratora prędkości elektronów z 28,4 do 40,7 kiloelektronowoltów (keV). Mamy tutaj do czynienia ze wzrostem prędkości o około 43 procent. Warto jednak pamiętać, że jest to pierwsze udane przyspieszenie elektronu za pomocą nanofotonicznego akceleratora, którego stworzenie zaproponowano zaledwie osiem lat temu.
Jak przypominają autorzy artykułu, Wielki Zderzacz Hadronów za pomocą 9000 magnesów wytwarza pole magnetyczne zdolne przyspieszać cząstki do prędkości 99,9 prędkości światła. Oczywiście NEA musi działać na innej zasadzie. O ile samo urządzenie także wytwarza pole magnetyczne, to w kierunku filarów rury próżniowej wysyła się wiązkę światła, którą owa rura przyspiesza. Trzeba jednak pamiętać, że powstałe w ten sposób pole energetyczne jest znacznie słabsze niż w LHC. Elektrony przyspieszone za pomocą małego akceleratora osiągają energię rzędu jednej milionowej energii cząstek z LHC, jednak badacze wskazują, że ustawiając wiele rur próżniowych obok siebie, będą w stanie tę wartość poprawić.
Skoro jednak w miniaturowym zderzaczu cząstek nie da się osiągnąć energii pozwalającej na odkrycie bozonu Higgsa, mezonów powabnych czy cząstek X, to do czego może to się przydać? Naukowcy zwracają uwagę, że przyspieszane przez urządzenie elektrony można stosować w ukierunkowanych terapiach medycznych, które mogą z czasem zastąpić szkodliwe co do zasady formy radioterapii stosowane w leczeniu chorób nowotworowych. Naukowcy wskazują, że z czasem można taki akcelerator umieszczać na endoskopie. W ten sposób można by było stosować radioterapię bezpośrednio w tkance nowotworowej, ograniczając do minimum skutki uboczne leczenia. Na razie to pieśń przyszłości, ale jednak całkiem realna.