PALO ALTO, Kalifornien--(BUSINESS WIRE)--The Gordon and Betty Moore Foundation hat der Stanford University und ihren internationalen Partnern 13,5 Millionen US-Dollar überreicht, um sich des innovativen Konstruktionsdesigns eines Teilchenbeschleunigers, kurz der „Beschleuniger On-a-Chip“ getauft, anzunehmen und es in einen komplett funktionsfähigen und skalierbaren brauchbaren Prototyp zu vervollständigen. Dieser laserbetriebene Teilchenbeschleuniger könnte gewaltige Auswirkungen auf die Physikerfachwelt und generell die naturwissenschaftliche Fachwelt haben, weil er neue Teilchen- und Photonquellen zur Verfügung stellt, die weniger teuer in der Herstellung sind, gegenwärtige Herausforderungen in der Infrastruktur auffängt und der naturwissenschaftlichen Fachwelt einen breiteren Zugang ermöglicht.
Die internationalen Bemühungen, einen brauchbaren Prototyp eines Beschleunigers vorzustellen, gründen auf Experimenten aus dem Jahr 2013 der beiden Hauptuntersuchungsleiter Dr. Robert Byer der Stanford University in Nature und Dr. Peter Hommelhoff der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg in den Physical Review Letters.
Drs. Byer und Hommelhoff haben beide das Potenzial für die Verkleinerung eines laserbetriebenen Teilchenbeschleunigers gezeigt, in der Hoffnung, kleinere und kostengünstigere Beschleuniger herzustellen. Das Team von Dr. Byer injizierte energiereiche Elektronen in ein winziges Gerät aus Quarzglas mit einer gitterartigen Struktur. Sie feuerten Laserlichtblitze in diese kunstvoll entworfene Struktur und riefen dadurch eine Steigerung in der Elektronenbeschleunigung hervor, die zehnmal höher ist, als die, die durch konventionelle Beschleuniger erzielt wird. In einem ähnlichen Ansatz hat das Team von Dr. Hommelhoff gezeigt, dass ein Laser auch verwendet werden konnte, um nichtrelativistische Elektronen mit geringerer Energie zu beschleunigen. Zusammengenommen eröffnen beide Resultate den Weg zu einem kompakten Teilchenbeschleuniger. Sehen Sie in diesem kurzen Video, wie der Beschleuniger On-a-Chip funktioniert.
„Gründend auf unserem geplanten bahnbrechenden Konstruktionsdesign könnte dieser Prototyp die Grundlage für eine neue Generation an 'Schreibtischbeschleunigern' werden, mit unerwarteten Entdeckungen in Biologie und Materialkunde, sowie auch Anwendungsmöglichkeiten in Sicherheitsscanning, medizinischer Therapie und Röntgendarstellung“, meinte Dr. Robert L. Byer vom Department of Applied Physics (Abteilung für angewandte Physik) der Stanford University und Co-Hauptuntersuchungsleiter im Projekt.
Das Projekt bringt Experten von Weltruf in Beschleunigerphysik, Laserphysik, Nanophysik und Nanofabrikation zusammen, um im Zeitraum der nächsten fünf Jahre einen brauchbaren, skalierbaren Prototyp eines Beschleunigers zu entwickeln, der zu Elektronen- und Röntgenquellen führt, die um Größenordnungen kleiner sind als derzeitige Teilchenbeschleuniger. Unter der Leitung der Stanford University und der Friedrich-Alexander-Universität schließt die internationale Zusammenarbeit folgende drei nationale Labors ein: SLAC National Accelerator Laboratory in Menlo Park, Kalifornien, Deutsches Elektronen-Synchrotron (DESY) in Hamburg, sowie das Paul Scherrer Institut in Villingen in der Schweiz. Außerdem sind diese fünf weitere Universitäten und folgender industrieller Partner beteiligt: University of California Los Angeles, Kalifornien, Purdue University in Lafayette, Indiana, die Universität Hamburg, die Eidgenössische Technische Hochschule Lausanne (EPFL) und die TU Darmstadt, sowie Tech-X Corporation.
Während der vergangen 75 Jahre waren Teilchenbeschleuniger ein wesentliches Instrument für Physik, Chemie, Biologie und Medizin, die zu mehreren nobelpreisgekrönten Entdeckungen geführt haben. Ohne neue Beschleunigertechnologie zur Kostensenkung (in Milliardenhöhe) und Größenverringerung (mehrere Kilometer lang) und mit verbessertem Zugang für Wissenschaftler könnte das Feld der Teilchenphysik und strukturellen Biologie zum Stillstand kommen.
„Die Auswirkung kleinerer Beschleuniger kann mit der Entwicklung von Computern verglichen werden, die einst ganze Räume ausgefüllt haben und heute als Armbanduhr getragen werden können. Dieser Fortschritt bedeutet, dass wir Teilchenbeschleunigung möglicherweise in Bereichen und Gemeinschaften einführen können, die bisher keinen Zugang zu solchen Ressourcen hatten“, meinte Dr. Peter Hommelhoff, Professor für Physik an der Friedrich-Alexander-Universität und Co-Hauptuntersuchungsleiter des Projekts.
Die Möglichkeiten für neue Entdeckungen waren nie größer, dennoch fehlt es sehr an Einsatz und Förderung für die Wissenschaft in dem Maße, in dem es heute erforderlich wäre, um den Fortschritt in die Zukunft zu beschleunigen - und zwar sowohl von Regierungen als auch von der Industrie und von philanthropischen Spendern. Wenngleich Philanthropie allein diese Lücke nicht vollständig füllen kann, glaubt The Gordon and Betty Moore Foundation an die Bedeutsamkeit von Investitionen in Grundlagenforschung, um Innovationen anzutreiben, die bedeutende Auswirkungen auf kommende Generationen haben können. Die Stiftung ist einer der größten privaten Spendern der Welt für die Wissenschaften, einschließlich wissenschaftliche Forschung und technologische Entwicklung, mit Investitionen von über 1,15 Milliarden US-Dollar über die vergangenen 15 Jahre.
„Der Beschleuniger On-a-Chip wird von hochkarätigen Wissenschaftler verfolgt. Der Erfolg wird dann klar sein, wenn sie sich vom Proof-of-Concept (Machbarkeitsnachweis) loslösen und einen brauchbaren Prototyp vorzeigen“, meinte Dr. Robert Kirshner, Chief Program Officer für Wissenschaft bei der Gordon and Betty Moore Foundation. „Diese Forschung ist riskant, aber die Moore Foundation hat keine Angst davor, Risiken einzugehen, wenn ein neuer Ansatz das Potential für einen großen Fortschritt in der Wissenschaft in sich trägt. Dinge zu verkleinern, um enorme Renditen einzufahren, das hat Gordon Moore auch für die Mikroelektronik getan.“
Die Gordon und Betty Moore Foundation fördert bahnbrechende wissenschaftliche Entdeckungen, den Schutz der Umwelt, Verbesserungen in der Patientenbetreuung und den Erhalt des besonderen Charakters der San Francisco Bay Area. Besuchen Sie uns auf www.moore.org oder folgen Sie uns auf @MooreFound.
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