Wyobraź sobie, że urządzenie wielkości twojego laptopa generuje promienie rentgenowskie o mocy dotąd zarezerwowanej dla gigantów fizyki – stadionów, laserów, ogromnych tuneli. Zespół badawczy z University of Liverpool i innych ośrodków przedstawił koncept akceleratora cząstek, który może zmieścić się na stole i wygenerować spójne promienie rentgenowskie — wcześniej możliwe tylko dzięki synchrotronom. Artykuł został zaakceptowany do publikacji w czasopiśmie Physical Review Letters.
Mały rozmiar, wielka moc
Obecne źródła intensywnych promieni rentgenowskich – takie jak synchrotrony – zajmują ogromne budynki i infrastruktury. Najmniejsze z nich wciąż wymagają stadionowych rozmiarów. Tymczasem nowa koncepcja bazuje na połączeniu dwóch elementów: pionowo hodowanych nanorurek węglowych i światła laserowego o polaryzacji kołowej.
W uproszczeniu: laser wprowadza skręcone pole elektromagnetyczne w tubce nanorurek, które przyspiesza elektrony w ruch spiralny. Te z kolei emitują promieniowanie rentgenowskie o intensywności kilku terawoltów na metr — znacznie powyżej możliwości tradycyjnych akceleratorów. Dzięki temu możliwe byłoby wytwarzanie detali niedostępnych dotąd w laboratoriach pozazakładowych.
Dlaczego to ważne?
- Dostępność – Jeśli urządzenie zostanie zbudowane i sprawdzone, laboratoria uniwersyteckie, firmy medyczne i instytuty badawcze mogłyby mieć swoje własne źródło intensywnych promieni rentgenowskich, bez konieczności oczekiwania na godziny w dużym ośrodku.
- Medycyna – Lepsze obrazowanie tkanek miękkich, bez środków kontrastowych, możliwe dzięki wyższej jakości promieniowaniu. Mogłoby to przyspieszyć diagnostykę i odkryć nowe drogi terapii.
- Materiałoznawstwo i farmacja – Możliwość badania struktury białek, materiałów i urządzeń na poziomie, który dziś wymaga dostępu do ogromnych akceleratorów lub laserów na swobodnych elektronach.
- Demokratyzacja nauki – To zmiana paradygmatu: z jednego „monolitu” akceleratorów dla wybranych, do wielu małych i dostępnych urządzeń dla szerokiego grona badaczy.
Gdzie jesteśmy teraz?
Badania są w fazie symulacyjnej. Zespół kierowany przez Bifeng Lei wykazał w modelach komputerowych, że wyposażenie z nanorurek może osiągać pola elektryczne rzędu terawoltów na metr. Nie oznacza to jednak, że urządzenie jest już gotowe do pracy.
Kolejnym krokiem jest eksperymentalne potwierdzenie koncepcji. W praktyce wymaga to m.in. precyzyjnej produkcji nanorurek, silnych laserów kołowo spolaryzowanych i ekstremalnej kontroli w warunkach laboratoryjnych.
Wnioski – i co dalej?
Ta technologia może być jednym z największych skoków w dostępności zaawansowanych narzędzi badawczych. Budowanie ogromnych akceleratorów wciąż ma sens – dla największych energii i rozwiązań – ale równolegle rozwój akceleratorów stołowych może otworzyć drzwi nauce i medycynie w sposób wcześniej nieosiągalny.
Jeśli wszystko pójdzie zgodnie z planem: za kilka lat laboratorium biologiczne albo klinika będzie mogła mieć swoje urządzenie do obrazowania na poziomie, który dziś wymaga ogromnych środków. To nie science-fiction — to kolejny krok technologiczny, który może przedefiniować, kto i gdzie robi najlepszą naukę.