تسريع الجسيمات بواسطة الضوء قد يفسح المجال لمسرعات جسيمات أصغر حجما

يعتبر تسريع الجسيمات المشحونة من أهم العمليات في الفيزياء التجريبية وحتى أيضا في بعض التطبيقات الطبية. فيتم صدم الجسيمات المسرعة ببعضها ودراسة تفاعلها كما يحدث في مصادم الهادرونات الكبير LHC الموجود في سيرن- سويسرا حيث تم اكتشاف بوزون هيغز مؤخرا أو لدورها في صناعة النظائر المشعة اللازمة للتطبيقات الصناعية والطبية. ولكن المسرعات الحالية تبلغ عدة كيلومترات في طولها وتكلف المليارات لصناعتها وتشغيلها وذلك بسبب محدودية التقنيات المستخدمة حاليا والأهم من ذلك محدودية قدرة المواد المستخدمة لتحمل الطاقات الأعلى اللازمة لتسريع الجسيمات أكثر. ولكن الفيزيائيين في معهد ماكس بلانك للبصريات الكمومية قدمو مبدئا مغايرا قد يتمكن من تجاوز هذه المشكلات.

ويمكن شرح المبدأ بشكل مبسط كما يلي: يتم تعريض الجسيمات المراد تسريعها لحقل كهربائي, تمتص الجسيمات الطاقة الموجودة مما يزيد من سرعتها. إن المشكلة الحالية هي أن المعادن الناقلة للتيار الكهربائي لا يمكن ان تتحمل حقول كهربائية عالية جدا . بينما الفكرة البديلة هي استخدام الضوء و مواد عازلة تتحمل حقولا كهربائية أعلى دون أن تتشوه مما يسمح باستبدال الأجهزة المعقدة التي تشبه ما نراه في افلام الخيال العلمي بمجموعة صغيرة من الأجهزة تصل طولها فقط الى 10 امتار .

وبما أن الضوء هو موجة كهرومغناطيسية فهو يتألف من حقل كهربائي و حقل مغناطيسي وتقوم فكرة فريق البحث على الإستفادة من الحقل الكهربائي الموجود في الضوء كالتالي :

يستخدم الزجاج كمادة اساسية ويحفر عليه أخاديد صغيرة للغاية كما في الصورة ويستخدم الضوء كمصدر للحقل الكهربائي اي يتم تحول الضوء من طاقة ضوئية الى طاقة كهربائية تمتصها الجسيمات و تزداد سرعتها .

وكما تملك الأمواج العادية على سطح البحر قمة في الأعلى وقاع في الأسفل فأمواج الحقل الكهربائي تملك قيما موجبة تسمع بتسريع الجسيمات السالبة الشحنة كالإلكترونات و قيما سالبة تجعل الالكترونات تتباطئ. يتم تصميم الأخاديد النانوية بحيث تسمح للجسيمات بامتصاص الحقل الكهربائي من الضوء بشكل يسمح للإلكترونات بالتسارع و عدم امتصاص القسم من الضوء الذي يعيق حركتها. هذه الأخاديد تضعف الحقول الكهربائية المعاكسة للحركة او الغير مرغوبة فتمتص الجسيمة الحقل الكهربائي المراد من قبل المجرب

ويمكن مستقبلا استخدام مصادر للالكترونات ذات كلفة تصنيع منخفضة كالمدفع الالكتروني الموجود في الأجهزة التلفزيونية التقليدية مثلا وذلك كمصدر للجسيمات مما يؤدي لانخفاض تكلفة صناعة هذه المسرعات واستخدامها بشكل أوسع في المخابر لاحقا.

حقوق الصورة: John Breuer

المصدر:هنا