科羅拉多大學丹佛分校一名工程師開發出一種利用極端等離子體的量子儀器,該儀器有望讓曾被視為科幻小說的技術成為現實,如伽馬射線激光和用于尋找多元宇宙痕跡的超靈敏傳感器。
加州大學丹佛分校電氣工程助理教授阿卡什·薩海(Aakash Sahai)是此項發現的作者之一,他認為自己的工作可能對科學產生與材料科學先前突破(如發現亞原子結構,進而催生激光、計算機芯片和LED)相同的影響。薩海稱,這項創新基于材料科學,將開辟全新研究領域并對世界產生直接影響。
為創建醫學研究等實驗所需的超高電磁場,科學家通常借助大型、資源密集型設施,如因發現希格斯玻色子而聞名的大型強子對撞機。然而,激發材料中的電子以產生強大磁場仍是挑戰。如今,薩海教授開發出一種可在實驗室產生類似極端電磁場的方法。
該方法發表在《先進量子技術》雜志上,利用了一種具有特殊性質的硅芯片。由于極端等離子體的準粒子活動,這種材料能承受強大粒子束、控制能量流動,并提供由量子電子氣振蕩產生的電磁場,且僅占據人類手指大小的空間。參與該項目的Sahai實驗室研究生Kalyan Thiraumalasetty表示,在保持材料結構的同時操縱如此高能的通量是一項突破。
薩海稱,盡管加州大學丹佛分校已在美國和其他國家獲得該技術的初步專利,但極端等離子體方法的實際應用仍需數年。不過他相信,這項發現能讓伽馬激光等科幻技術成為現實。他說,伽馬激光可實現不僅在細胞核層面,還能在原子核層面對組織進行成像。此類工具將使科學家和醫生能實時觀察核層面的進程,加速對微觀世界基本作用力的理解,有助于開發新的治療方法。他還補充,未來將能用伽馬激光瞄準細胞核,在納米尺度上去除癌細胞。
這項技術最具未來感的應用之一是研究現實的結構,可幫助檢驗從多元宇宙假說到對宇宙結構本身研究的各種宇宙運作理論。蒂勞瑪拉塞蒂稱,從基礎層面研究自然很重要,工程師為科學家提供了理解工具并助力行動,令人贊嘆。
下一步,研究團隊將進一步完善硅芯片和激光測試技術。雖然該技術全面實施尚需時日,但這一發現已引起量子界廣泛關注,有望徹底改變物理學、化學和醫學領域。