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12月4日消息，借助激光和“芯片上的加速器”設(shè)計理念，科學(xué)家將能在鞋盒大小的區(qū)域進行實驗，用于探索平行宇宙和搜尋“上帝粒子”。

　　
借助高能粒子加速器科學(xué)家或可發(fā)現(xiàn)平行宇宙，然而這些加速器通常都重達數(shù)千噸且占地面積大。斯坦福大學(xué)等機構(gòu)科學(xué)家最新計劃利用石英芯片和激光技術(shù)制造微型粒子加速器，加速器體積和重量的大幅縮減使得研究人員更易掌控操作粒子科學(xué)實驗。

　　

　　
這項新設(shè)計或?qū)⒋蠓s減粒子加速器的體積和重量。借助激光和“芯片上的加速器”設(shè)計理念，科學(xué)家將能在鞋盒大小的區(qū)域進行實驗，用于探索平行宇宙和搜尋“上帝粒子”。長久以來，物理學(xué)家一直致力于粒子加速器實驗，以探索從先進醫(yī)學(xué)技術(shù)到物質(zhì)新形態(tài)等各種新事物。然而，粒子加速器龐大沉重且造價高昂，如歐洲粒子物理研究所的大型強子對撞機重約38000噸，且深埋于地下，長達27公里，令研究人員難以接觸使用。近日，戈登和貝蒂-摩爾基金會向斯坦福大學(xué)科學(xué)家捐贈了1350萬美元，用于設(shè)計打造一個微型粒子加速器。據(jù)稱，在未來五年內(nèi)，一個通過國際合作完成的原型將能產(chǎn)生微型加速器的能量，大小相當(dāng)于醫(yī)院放射機器所產(chǎn)生的能量。不過研究人員表示，最終還是會增大這種微型加速器的規(guī)模，以媲美當(dāng)今全球最強大的粒子加速器。

　　

　　
最近幾個月來，歐洲粒子物理研究所大型強子對撞機一直在高強度運作，搜尋微型黑洞。高能粒子加速器能夠搜尋微型黑洞，因此被認為是探索“多宇宙”跡象的關(guān)鍵。如果科學(xué)家能夠以預(yù)測的能量在加速器中探測到微型黑洞，就可以證明多維度的存在，并延伸推斷平行宇宙的存在。歐洲粒子物理研究所科學(xué)家默-法伊扎爾解釋說：“打個簡單的比方，紙張是擁有長寬的二維物體，而許多平行的紙張疊在一起，就以高度的形式存在于三維的平行世界中。我們預(yù)測，引力能夠滲入另一個維度。如果預(yù)測無誤的話，我們就能在大型強大對撞機中生成微型黑洞。”如今，大型強子對撞機的創(chuàng)記錄高能量使得搜尋這些微型黑洞成為可能，并可追蹤到消失在黑洞中的能量引力。然而，新的彩虹理論認為，擁有不同能量的粒子將面臨不同的時空和不同的引力場，這或許可以解釋大型強子對撞機至今仍未發(fā)現(xiàn)微型黑洞的原因。
在過去75年中，粒子加速器一直是科學(xué)家在物理、化學(xué)、生物和制藥等領(lǐng)域的一項重要研究工具，它們能夠解密先進醫(yī)藥技術(shù)，幫助科學(xué)家進一步了探究原子的內(nèi)部工作原理。然而，受限于龐大的體積和高昂的造價，粒子加速器不易被科學(xué)家廣泛使用。歐洲粒子物理研究所研究人員表示，探測器可對大型強子對撞機中飛出的數(shù)十億粒子進行追蹤，因此有望發(fā)現(xiàn)除長度、寬度、深度和時間之外維度的蛛絲馬跡。

　　

　　
目前，粒子加速器均使用微波驅(qū)動粒子，因為微波擁有較長波長且發(fā)散空間廣泛。在新的實驗中，科學(xué)家用激光代替微波照射一塊石英玻璃芯片，這樣激光會與顯微鏡通道中的皺褶相互作用。美國SLAC國家加速器實驗室物理學(xué)家喬爾-英格蘭德是該五年項目的成員之一，他表示：“既然微芯片產(chǎn)業(yè)可以改革計算機，或許我們也能如此改革粒子加速器?？s小粒子加速器就是令它們變得體積更小，造價更低廉，一旦成功，加速器將變得平民化。”在實驗中，這種相互作用產(chǎn)生一個電場，提高經(jīng)過電子的能量，這些電子以前在高能粒子加速器中都是被加速到接近光速。實驗顯示，在給定距離范圍里，芯片能實現(xiàn)的能量提升比SLAC直線加速器還要高出10倍。德國埃爾朗根-紐倫堡大學(xué)科學(xué)家研究發(fā)現(xiàn)，激光可被用來加速較低能的電子，這些低能電子以前在加速器中未被提升到最大速度。利用這種技術(shù)，科學(xué)家可將加速器芯片組合起來，足球場那么長的芯片就能替代長2英里(約合3219米)的直線加速器相干光源。如此一來，科學(xué)家將有望縮小下一代對撞機，如計劃中的日本國際直線對撞機，以進行物質(zhì)新形態(tài)的探索。

　　
該國際合作項目集合了加速器物理學(xué)、激光物理學(xué)、納米光子學(xué)和納米制造領(lǐng)域的世界知名專家，由斯坦福大學(xué)、SLAC國家加速器實驗室，以及埃爾朗根-紐倫堡大學(xué)等全球多個實驗室及大學(xué)合作，致力研發(fā)新一代“桌面型”粒子加速器。斯坦福大學(xué)應(yīng)用物理學(xué)家羅伯特-拜爾表示：“激光能夠以阿秒量級加速電子，所用時間相當(dāng)于電子繞行原子核的時間。借助這種精確方法，研究人員將能夠?qū)υ又须娮拥沫h(huán)繞進行攝像，以便我們觀測電子的移動與結(jié)合。”