CERN 應(yīng)用物理學(xué)家 Serge Mathot 和 ANSTO 大學(xué)加速器物理學(xué)家 Tessa Charles 使用微型加速器 ELISA 進(jìn)行首次實(shí)驗(yàn)，該實(shí)驗(yàn)?zāi)壳霸?Science Gateway 的“探索 CERN”展覽中用于真實(shí)遺產(chǎn)研究。(圖片：CERN)

在博物館展覽中展出粒子加速器并不常見，一臺(tái)運(yùn)轉(zhuǎn)正常的粒子加速器在博物館展覽中進(jìn)行真正的科學(xué)研究更是史無前例的。經(jīng)過多年的發(fā)展，質(zhì)子加速器 ELISA(用于表面分析的實(shí)驗(yàn)性直線加速器)現(xiàn)在正在CERN 的教育和推廣中心Science Gateway用于考古研究。這是此類質(zhì)子加速器首次作為博物館展覽的一部分用于研究。

ELISA 粒子加速器有一個(gè)鮮為人知的使命：分析物體的成分，如藝術(shù)品、地質(zhì)或文化遺產(chǎn)，而不會(huì)造成任何損壞。它的加速腔只有一米長，其工作原理是將一束質(zhì)子加速到 2 MeV(作為比較，大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)將質(zhì)子加速到該數(shù)字的三百萬倍以上)，將其聚焦到樣本上的一個(gè)小點(diǎn)，例如用于古代洞穴藝術(shù)的考古油漆。這種相互作用激發(fā)了樣本原子中的電子，使它們發(fā)射出特定元素所特有波長的光子。通過分析這些光子，研究人員可以構(gòu)建樣本成分的詳細(xì)概況。

參與該項(xiàng)目的ANSTO加速器物理學(xué)家 Tessa Charles 表示：“我們?cè)?ELISA 首次測試中使用的油漆樣本是由科學(xué)家制作的，目的是模仿世界各地古代洞穴藝術(shù)中使用的油漆。”在首次實(shí)驗(yàn)中，研究人員正在評(píng)估質(zhì)子束對(duì)每個(gè)樣本造成的損害，以及什么條件(曝光時(shí)間和電流)最適合每種材料以避免損壞。“這樣做的目的是看看如何使用 ELISA 分析樣本同時(shí)避免損壞，這在處理物質(zhì)文化遺產(chǎn)時(shí)至關(guān)重要，”她補(bǔ)充道。“我們的想法是開發(fā)一種完全便攜式的加速器，可以帶到世界各地沒有加速器設(shè)施的地方，比如野外或其他博物館。”

在展覽中展示一臺(tái)正在運(yùn)行的加速器的想法，是在 CERN 展覽團(tuán)隊(duì)與 CERN 各地的科學(xué)家在 Science Gateway 項(xiàng)目開始時(shí)組織的頭腦風(fēng)暴中產(chǎn)生的。加速器本身是 CERN 應(yīng)用物理學(xué)家 Serge Mathot 的創(chuàng)意，他參與開發(fā)了Linac 4 RFQ(射頻四極子)，這是質(zhì)子束通過 CERN 加速器鏈到達(dá) LHC 過程中的第一個(gè)加速腔。ELISA 是 Linac 4 第一個(gè)組件的較小版本。Mahot 最初致力于研究用于醫(yī)療應(yīng)用的小型線性加速器，他意識(shí)到這項(xiàng)技術(shù)也可以用于文化遺產(chǎn)研究。“與其他分析技術(shù)相比，質(zhì)子束技術(shù)非常有效，因?yàn)樗哂懈哽`敏度，背景非常低，”Mahot 說。“您還可以在環(huán)境空氣中進(jìn)行分析，而不是在真空中進(jìn)行分析，這使得它更靈活，更適合易碎物體。” Mathot 之前曾參與過MACHINA的研發(fā)，這是與 INFN 和其他 CERN 專家合作開發(fā)的一款類似加速器。MACHINA 是第一款可移動(dòng)式加速器，不久后將投入佛羅倫薩的 Opificio delle Pietre Dure (OPD) 進(jìn)行藝術(shù)品研究。

考古學(xué)家 Courtney Nimura 與埃克塞特大學(xué)的 Jamie Hampson 教授一起參與了該項(xiàng)目，她參與了由英國研究與創(chuàng)新部資助的非破壞性移動(dòng)分析和成像設(shè)備項(xiàng)目 (NoMAD)。她說：“對(duì)于數(shù)千年前巖畫顏料的制作材料，我們?nèi)杂性S多未知之處。我們?cè)诳脊艑?shí)地工作中可以使用的分析技術(shù)有限，因?yàn)闃悠吠ǔ１仨殠У皆O(shè)施中。我們寄予厚望，希望像 ELISA 這樣的緊湊型加速器能成為制造可用于現(xiàn)場的便攜式加速器的第一步。”

在展廳現(xiàn)場使用加速器進(jìn)行實(shí)驗(yàn)只是 ELISA 的眾多用途之一。展覽導(dǎo)游還將為參觀者進(jìn)行一系列演示。很快，每個(gè)人都可以在 CERN Science Gateway 開放時(shí)間內(nèi)看到 ELISA 的實(shí)際運(yùn)行。