Bozuk para boyutundaki bu cihaz aslında bir kanıtlama çalışması niteliğinde olsa da, gelecekteki tıp cihazları için ilham verebilir.
Bir parçacık hızlandırıcıyı düşündüğünüzde aklına gelen şey genelde CERN’ün Büyük Hadron Çarpıştırıcısı (LHC) olur. Evrenin nasıl çalıştığını anlamayı hedefleyen bu multi milyar dolarlık dev cihaz, onlarca kilometrelik genişliğiyle birkaç ülkenin sınırlarını geçiyor.
Fakat parçacık hızlandırıcılar birçok şekle girebilir. Dünyada bugün 30.000’den fazla hızlandırıcı bulunuyor. LHC’nin de içlerinde yer aldığı bazıları evrenin sırlarını açığa çıkarmak üzere tasarlansa da, büyük çoğunluğu daha çok dünyevi amaçlara sahip. Parlak ışın demetleri oluşturmaktan, elektronik cihazların üretilmesine ve vücudun görüntülenmesinden kanser tedavisine kadar her şeyde kullanılıyorlar. Aslında bir hastane, oda boyutundaki tıbbi bir parçacık hızlandırıcıyı sadece birkaç yüz bin dolara satın alabilir. Ayrıca bilim insanları, üç ay önce listeye ilginç bir ek daha yaptı ve şimdiye kadarki en küçük parçacık hızlandırıcıyı oluşturdular.
Çalışmalarını 18 Ekim’de Nature bülteninde yayımlayan fizikçiler, bozuk para boyutunda bir hızlandırıcı yapmışlar. Cihaz yalnızca tanıtım amaçlı olsa da, cihazı yapanlar bu sayede silikon bir çipe sığabilecek kadar küçük hızlandırıcılara kapı açmayı umuyor.
Maryland Üniversitesinde çalışan ve araştırmada yer almayan fizikçi Howard Milchberg, “Bu makalenin fizik bilimi yönünden çok ilginç ve güzel bir gelişme olduğunu düşünüyorum” diyor. “Uzun zamandır uğraşıyorlardı.”
Bu mini hızlandırıcı, sadece küçük bir LHC’den ibaret değil. LHC operasyonel takvimine bağlı olarak büyük bir çemberde kurşun atomlarının protonlarını veya çekirdeklerini ateşliyor. Bu minyatür hızlandırıcı ise elektronları düz bir hatta ateşliyor.
En bilineni 3 km uzunluğunda ve artık sökülü haldeki Stanford Doğrusal Çarpıştırıcı olan başka bir sürü doğrusal elektron hızlandırıcı var. Elektron hızlandırıcılar, fırlattıkları cisimleri geleneksel olarak metalik boşluklardan vurarak hızlandırıyorlar. Bu boşluklar ise genelde ani değişimli elektromanyetik alanlar içeren bakırdan yapılıyor. Böylece boşluk odaları, parçacıkları elektrik dalgalarının üzerindeki sörfçüler gibi itiyor.
Fakat bazı fizikçiler, bu eski moda hızlandırıcıların ideal olmadığı görüşünde. Metalik boşluklar hatalara yatkın. Ayrıca ağırlar ve büyük teçhizatlar gerektiriyorlar. Araştırmacıların yeni hızlandırıcısı ise elektronları itmek için hassas lazer atışları kullanıyor.
Fizikçiler 1960’lardan beri lazer hızlandırıcı yapmaya çalışıyordu. Işığın alanına girdiği için fotonik hızlandırıcılar adı verilen bu cihazlar, boşluk tabanlı emsallerine göre daha ufak ve daha ekonomik olabilir. Fakat lazerler sadece geçtiğimiz on yıl içinde deneysel fotonik hızlandırıcıları bile uygulanabilir hale getirecek kadar hassaslaşıp ucuzladı.
Sonrasında ise boyutlarının küçülmesi, bir dizi engeli de beraberinde getirdi. Mühendislerin küçük bir hızlandırıcının ufak parçalarını yapmak için gereken karmaşık teknolojiye sahip olmaması büyük bir ayak bağı haline geldi.
Araştırmacıların yapmaya çalıştığı bu bozuk para boyutundaki hızlandırıcıyı ele alalım. İlk olarak cihaz, elektronları bir elektron mikroskobundan alınan parça yardımıyla üretiyor. Ardından bu elektronları bir sütun dizisine itiyor. Her biri sadece 2 mikrometre uzunluğunda iki sıra halindeki birkaç yüz silikon sütundan oluşan bu yapıda, sıralar arasındaki mesafe çok daha kısa. Bir lazer sütunların tepesine çarparak, içeride sıkışmış elektronları harekete geçiren elektrik alanları meydana getiriyor; en azından kağıt üzerinde böyle.
Almanya’daki Friedrich-Alexander Üniversitesinde çalışan ve makalenin yazarlarından olan fizikçi Tomas Chlouba, “Böylesine ufak özelliklerin yeterli bir hassasiyetle yapılması son derece zor” diyor. “Gerçekten en üst seviye cihazlara ihtiyacınız var… Bunlar ucuz cihazlar değil ve 90’larda bulacağınız türden cihazlar değil.”
Fakat çip üretimi her zaman ilerliyor. Chlouba ve meslektaşları, artık yarıiletken imalat dünyasında çoktan beri yaygın olan yöntemlere bel bağlayabilir. Bu doğrultuda başarılı bir prototipe şekil vermişler. Cihaz saniyede yalnızca 1 kadar elektron aktarabiliyor; parçacık hızlandırıcı standartlarında ufak bir sayı. (Evinizdeki ortalama bir cihazın içindeki ortalama bir kablo, katrilyonlarca kat daha fazla elektron taşıyor.) Dahası bu elektronlar, eski tip bir katot ışın tüpü televizyonunun içerisindekilerle hemen hemen aynı enerjiyi taşıyor: Parçacık hızlandırıcı standartlarında yine çok az bir miktar.
Sonuç olarak, “Ne kadar pratik olabilir bilmiyorum” diyor Milchberg. Sütun dizisine daha fazla elektron sığdırmanın, hedefe av tüfeğiyle ateş etmeye benzeyeceğini söylüyor.
Aslında Chlouba kendisi ve meslektaşlarının, bu hızlandırıcıyı gerçek dünyadaki bir uygulamayı andıran şeylerde kullanmaktan çok uzak olduklarını açıkça belirtiyor. Eğer bunu yapmak istiyorlarsa, çok daha fazla enerjiyle çok daha fazla elektron üretmek zorundalar. Milchberg elektron gruplarının, negatif elektrik yükleri yüzünden birbirlerinden uzaklaşmadan bu sütun dizisine sığıp sığmayacaklarının da belli olmadığını söylüyor.
Fakat araştırmacılar bu engellerin üstesinden gelebilirse, Chlouba standart silikon bir çipe yerleştirilebilecek parçacık hızlandırıcılar için bir sürü uygulama alanı bulunabileceğini söylüyor. Tıp uzmanları, bu elektron hızlandırıcıları halihazırda cilt kanserini tedavi etmekte kullanıyorlar. Bu doğrultuda bazı doktorlar, vücut içerisine bir endoskop yardımıyla sokulacak kadar küçük olan bir hızlandırıcıyı düşünebilir. “Daha ufak, daha ucuz olur ve her yere sığar” diyor Chlouba.
Yazar: Rahul Rao/Popular Science. Çeviren: Ozan Zaloğlu.
