เครื่องเร่งอนุภาคขนาดจิ๋วที่สุดในโลกเล็กกว่าเหรียญบาท

ทีมนักวิทยาศาสตร์จากมหาวิทยาลัย FAU ของเยอรมนี ประดิษฐ์เครื่องเร่งอนุภาคขนาดเล็กจิ๋วที่สุดในโลกได้สำเร็จ โดยเราสามารถนำอุปกรณ์ไฮเทคนี้วางบนเหรียญ 1 บาทของไทย หรือเหรียญ 10 เซนต์ ของสหรัฐฯ ได้สบาย ๆ เพราะมันมีขนาดเล็กกว่าเหรียญเงินดังกล่าวถึง 3 เท่า

เครื่องเร่งอนุภาคอิเล็กตรอนเชิงแสงระดับนาโนเมตร (Nanophotonic Electron Accelerator - NEA) เครื่องแรกของโลก ประกอบด้วยไมโครชิปขนาด 6 มิลลิเมตร ที่บรรจุท่อสุญญากาศขนาดจิ๋วยาว 0.5 มิลลิเมตร กว้าง 225 นาโนเมตร ซึ่งนับว่าเล็กยิ่งกว่าความหนาของเส้นผมมนุษย์ ที่ปกติจะมีขนาดประมาณ 80,000 – 100,000 นาโนเมตร

ภายในท่อสุญญากาศดังกล่าวมี “เสา” (pillars) ต้นเล็กจิ๋วจำนวนหลายพันแท่ง ซึ่งการยิงลำแสงเลเซอร์เส้นบางเฉียบเข้าใส่แท่งเสาจิ๋วเหล่านี้ จะช่วยเร่งให้อนุภาคอิเล็กตรอนมีความเร็วสูงขึ้นอย่างมหาศาลได้

ท่อสุญญากาศซึ่งเป็นตัวเครื่องเร่งอนุภาคที่แท้จริงนั้น มีขนาดเล็กกว่าเครื่องเร่งอนุภาคโดยทั่วไปที่เรารู้จักนับล้านเท่า และเมื่อนำเครื่องเร่งอนุภาคจิ๋ว NEA ไปเทียบกับเครื่องเร่งและชนอนุภาคแอลเอชซี (LHC) ขององค์การวิจัยนิวเคลียร์แห่งยุโรปหรือเซิร์น (CERN) ท่อสุญญากาศของ NEA จะสั้นกว่าท่อวงแหวนเร่งอนุภาคยาว 27 กิโลเมตรของ LHC ถึง 54 ล้านเท่า

รายงานวิจัยซึ่งตีพิมพ์ในวารสาร Nature ฉบับวันที่ 18 ต.ค. ที่ผ่านมา ระบุว่าทีมนักวิทยาศาสตร์จากเยอรมนีสามารถใช้เครื่องเร่งอนุภาค NEA เพิ่มระดับพลังงานให้กับอิเล็กตรอน จาก 28.4 ไปเป็น 40.7 กิโลอิเล็กตรอนโวลต์ (keV) ซึ่งเป็นการเพิ่มระดับพลังงานขึ้นถึง 43%

นี่เป็นครั้งแรกของโลกที่นักวิทยาศาสตร์สามารถเดินเครื่องและใช้งาน NEA ได้สำเร็จ นับตั้งแต่มีการเสนอแนวคิดสร้างเครื่องเร่งอนุภาคจิ๋วนี้ครั้งแรกเมื่อปี 2015

อย่างไรก็ตาม การเร่งระดับพลังงานของอนุภาคด้วย NEA ไม่อาจจะเทียบได้กับประสิทธิภาพของเครื่องเร่งอนุภาคขนาดยักษ์อย่าง LHC ซึ่งเหนือกว่านับล้านเท่า โดยวงแหวนแม่เหล็กกว่า 9,000 ตัวของ LHC ทำให้เกิดสนามแม่เหล็กทรงพลังที่สามารถเร่งอนุภาคให้มีความเร็วสูงได้ถึง 99.9% ของความเร็วแสง ซึ่งนำไปสู่การค้นพบอนุภาคมูลฐานเพิ่มเติมและช่วยพัฒนาความรู้ใหม่ ๆ ทางฟิสิกส์

แม้เราจะไม่สามารถนำ NEA ไปใช้งานแบบเดียวกับเครื่องเร่งและชนอนุภาคขนาดใหญ่ได้ แต่มันก็อาจจะมีประโยชน์ในทางการแพทย์ โดยทีมผู้วิจัยหวังว่าจะใช้พลังงานที่มันผลิตขึ้นจากการเร่งอนุภาคอิเล็กตรอน เข้าทำลายเนื้อร้ายหรือก้อนมะเร็งได้อย่างตรงเป้า ซึ่งก็คือการผ่าตัดส่องกล้องเพื่อทำเคมีบำบัดเฉพาะจุดที่มีความแม่นยำสูงนั่นเอง โดยคาดว่าจะต้องใช้เวลาพัฒนาอุปกรณ์และเทคนิคนี้อีกสักระยะ