小さい！物理学者はコインより小さい粒子加速器を構築した

粒子加速器について考えるとき、私たちはすぐに何十億ドルもの費用がかかる巨大な構造物を思い浮かべます。 LHC は最もよく知られた例で、フランスとスイスの国境を越えるほど巨大です。

ただし、粒子加速器はさまざまな物理研究所や病院でもかなり一般的に使用されています。粒子加速器には、病院の治療室に収まるようなものから実験用の最大のものまで、さまざまな大きさのものがあります。

最近、物理学者はコインよりも小さい粒子加速器を作成することに成功したとネイチャー誌に発表しました。そのアイデアは、ミニ加速器をコンピューターや携帯電話用のチップやコンポーネントの作成などの技術的用途に使用できるということです。

20 世紀初頭以来、物理学の中でも素粒子物理学の分野が人気を集めてきました。この分野の主な目的は、原子の成分を研究することでしたが、原子はますます小さくなり、アクセスするのが難しくなってきました。

当初、最も一般的な方法は、光を使用して原子の構造を観察することでした。しかし、構成要素がどんどん小さくなり始めると、原子を解体できる技術が必要になりました。

原子を分解してより小さな構成要素に到達することは、物理学者にとって大きな課題となっています。どうしてこんな小さなものを壊すことができるのでしょうか？答えは簡単です。原子を別の原子に投げて破壊するだけです。破壊の結果、最小のコンポーネントが得られます。

そこで粒子を加速するというアイデアが生まれました。ただお互いに向かって加速し、衝突するのを見てください。時間が経つにつれて技術は進歩し、2013 年のヒッグス粒子の場合と同様に、今日ではコンピューターを通じてこの実験を見ることができます。

もう一つの問題は、これらの粒子をどのように加速するかということです。最も単純なことは、加速器内に置かれた陽子または電子を加速する能力を持つ磁場を配置することです。これを行うには、線形または循環の 2 つの方法があります。

線形加速器には、一種のチューブを通して粒子を加速する磁場があります。ターゲットが固定されている間、他のパーティクルがターゲットに投げられるのはよくあることです。ただし、両方を高速化することは可能です。

一方、円形加速器では、粒子が円軌道上に留まり、粒子が十分な運動エネルギーを獲得するまで磁場を数回通過します。このようにして、ビームは通過し、高エネルギーで衝突することができます。これはLHCの場合に当てはまります。

LHC は世界最大の粒子加速器で、フランスとスイスの国境に位置しています。粒子の質量の起源を理解する、つまり素粒子を深く研究することを目的として構築されました。

LHC の最も有名な発見は 2013 年のヒッグス粒子で、これにより 1960 年代から予測されていた粒子の存在が確認され、標準模型が成功したモデルとなりました。

LHCは昨年から第3段階に入っており、2026年に終了する予定である。LHCではすでにクォークやハドロンなどの粒子がいくつか発見されている。現在の目標は、ヒッグス粒子をより深く理解することです。

粒子加速器は科学的発見に使用されていますが、私たちの日常生活にも応用できます。古い例としては、電子が画面に到達するまで加速されるテレビ管があります。

もう 1 つの興味深い用途は、ナノテクノロジーと、電子機器のチップやその他のコンポーネントの作成です。粒子加速器は、がん治療から病衣の滅菌まで、病院でも使用されています。

これらの応用をより「日常的」に考慮して、物理学者のグループは世界最小の粒子加速器の作成に着手しました。コインよりも小さい直線加速器です。

この構造は非常に小さく、マイクロメートルオーダーの部品として機能します。すべての機器はコインの上に簡単に収まります。現在、物理学者の目標は、それを応用できるようにすることです。

最小のアクセラレータの大きな問題は、小さすぎて今日のアプリケーションには使用できないことです。電子の生成を増やすと、電子間の電気力が強まり、電子が互いに反発し合う可能性があるため、リスクが生じる可能性があります。

しかし、今後数年間でますます小型の加速器が不可欠となるため、この技術がすでに存在していることが重要です。チップはますます小さくなり、ナノテクノロジーが優位に立つ可能性があり、このテクノロジーがナノテクノロジーに利益をもたらすだけであることを示しています。