科罗拉多大学丹佛分校一名工程师开发出一种利用极端等离子体的量子仪器,该仪器有望让曾被视为科幻小说的技术成为现实,如伽马射线激光和用于寻找多元宇宙痕迹的超灵敏传感器。
加州大学丹佛分校电气工程助理教授阿卡什·萨海(Aakash Sahai)是此项发现的作者之一,他认为自己的工作可能对科学产生与材料科学先前突破(如发现亚原子结构,进而催生激光、计算机芯片和LED)相同的影响。萨海称,这项创新基于材料科学,将开辟全新研究领域并对世界产生直接影响。
为创建医学研究等实验所需的超高电磁场,科学家通常借助大型、资源密集型设施,如因发现希格斯玻色子而闻名的大型强子对撞机。然而,激发材料中的电子以产生强大磁场仍是挑战。如今,萨海教授开发出一种可在实验室产生类似极端电磁场的方法。
该方法发表在《先进量子技术》杂志上,利用了一种具有特殊性质的硅芯片。由于极端等离子体的准粒子活动,这种材料能承受强大粒子束、控制能量流动,并提供由量子电子气振荡产生的电磁场,且仅占据人类手指大小的空间。参与该项目的Sahai实验室研究生Kalyan Thiraumalasetty表示,在保持材料结构的同时操纵如此高能的通量是一项突破。
萨海称,尽管加州大学丹佛分校已在美国和其他国家获得该技术的初步专利,但极端等离子体方法的实际应用仍需数年。不过他相信,这项发现能让伽马激光等科幻技术成为现实。他说,伽马激光可实现不仅在细胞核层面,还能在原子核层面对组织进行成像。此类工具将使科学家和医生能实时观察核层面的进程,加速对微观世界基本作用力的理解,有助于开发新的治疗方法。他还补充,未来将能用伽马激光瞄准细胞核,在纳米尺度上去除癌细胞。
这项技术最具未来感的应用之一是研究现实的结构,可帮助检验从多元宇宙假说到对宇宙结构本身研究的各种宇宙运作理论。蒂劳玛拉塞蒂称,从基础层面研究自然很重要,工程师为科学家提供了理解工具并助力行动,令人赞叹。
下一步,研究团队将进一步完善硅芯片和激光测试技术。虽然该技术全面实施尚需时日,但这一发现已引起量子界广泛关注,有望彻底改变物理学、化学和医学领域。