微小的芯片可以解锁多元宇宙
科罗拉多大学丹佛分校的一位工程师正处于为科学家提供一种新工具的风口浪尖，可以帮助他们将科幻小说变为现实。 想象一下一种安全的伽马射线激光器，可以在不损害健康组织的情况下根除癌细胞。 或者一个工具，可以通过揭示宇宙背后的结构来帮助确定斯蒂芬·霍金的多元宇宙理论是否真实。 电气工程助理教授 Aakash Sahai 博士开发了一项量子突破，可以帮助那些科幻思想的发展并在量子界引起了兴奋的涟漪，因为它有可能彻底改变我们对物理、化学和医学的理解。《先进量子技术》是量子科学、材料和技术领域最具影响力的期刊之一，它认可了 Sahai 的工作，并将他的研究登上了 6 月刊的封面。 “这非常令人兴奋，因为这项技术将开辟全新的研究领域，并具有直接的对世界的影响，“萨海说。 “过去，我们取得了推动我们前进的技术突破，例如亚原子结构导致激光、计算机芯片和 LED。 这项同样基于材料科学的创新也是一样的。 工作原理 Sahai 找到了一种在实验室中产生前所未有的极端电磁场的方法。 这些电磁场是当材料中的电子振动和反弹时产生的令人难以置信的高速度——为从计算机芯片到寻找暗物质证据的超粒子对撞机等一切提供动力。 到目前为止，创建足够坚固的场来进行高级实验需要巨大而昂贵的设施。 例如，追查暗物质证据的科学家使用瑞士欧洲核子研究组织（CERN）的大型强子对撞机等机器。 以容纳所需的射频腔和超导磁体加速高能束，对撞机长 16.7 英里。 以这种规模运行实验需要大量资源，成本高昂，而且波动性很大。 Sahai 开发了一种硅基芯片状材料，可以承受高能粒子束，管理能量流，并允许科学家访问量子电子气体的振荡或振动产生的电磁场——所有这些都在拇指大小的空间内。 快速运动产生电磁场。 借助 Sahai 的技术，该材料可以控制振荡产生的热流并保持样品完整和稳定。 这为科学家提供了一种以前所未有的方式观察活动的方法，并开辟了将数英里长的对撞机缩小成芯片的可能性。 “在保留材料底层结构的同时纵如此高的能量流是突破，”Sahai 实验室的研究生 Kalyan Tirumalasetty 说项目。 “这项技术突破可以给世界带来真正的改变。 这是关于了解自然的运作方式，并利用这些知识对世界产生积极影响。 该技术和方法在科罗拉多大学丹佛分校设计，并在 SLAC 国家加速器实验室进行了测试，该实验室是由斯坦福大学运营并由美国资助的世界级设施。 能源部。 该技术的应用 CU Denver 已经申请并收到美国技术临时专利 和国际上。 虽然现实世界的实际应用可能需要数年时间，但更好地了解宇宙如何运作并从而改善生活的潜力是 Sahai 和 Tirumalasetty 有动力在实验室和 SLAC 度过长时间的原因。 “伽马射线激光器可能会成为现实，”Sahai 说。 “我们不仅可以对组织进行成像，还可以对细胞核进行成像，还可以对底层原子的细胞核进行成像。 那这意味着科学家和医生将能够看到核层面上正在发生的事情，这可以加速我们对在如此小的尺度上占主导地位的巨大力量的理解，同时也带来更好的医疗和治愈。 最终，我们可以开发伽马射线激光器来修饰细胞核并在纳米水平上去除癌细胞。 极端等离子体技术还可以帮助测试关于我们宇宙如何运作的广泛理论——从多元宇宙来探索我们宇宙的结构。 这些可能性让蒂鲁马拉塞蒂兴奋不已，他曾经想过成为一名物理学家。 “探索自然及其在基本尺度上的工作原理，这对我来说非常重要，”他说。 “但工程师为科学家提供了工具，让他们做的不仅仅是理解。 那是...... 这太令人振奋了。 两人的下一步是今年夏天重返 SLAC，继续完善硅芯片材料和激光技术。 与电影中不同，正在开发突破性技术可能需要几十年的时间。 事实上，导致这一关键时刻的一些基础工作始于 2018 年，当时 Sahai 发表了他关于反物质加速器的第一项研究。 “这需要一段时间，但在我有生之年，这是很有可能的，”萨哈伊说。 关于研究人员 Aakash Sahai拥有杜克大学等离子体物理学博士学位、斯坦福大学电气工程硕士学位和印第安纳州物理学硕士学位布卢明顿大学。 他是科罗拉多大学丹佛分校工程、设计和计算学院电磁学、等离子体和计算小组的成员。 在 2018 年加入 CU Denver 之前，他曾在伦敦帝国理工学院担任助理研究员，并在私营部门担任研发职务。 Sahai 在同行评审期刊上发表了十几篇文章，并经常在 SLAC、CERN 和美国物理学会的活动中发表演讲。 他还担任几本科学期刊。 Kalyan Tirumalasettyis 在 CU Denver 攻读电气工程博士学位和电气工程硕士学位，并在贾瓦哈拉尔尼赫鲁理工大学 Anurag 工程学院获得电子与通信工程技术学士学位。 在攻读硕士学位期间，他担任 Sahai 的研究助理，在 SLAC 开发这种技术设置。