Вперше в історії дослідникам вдалося відтворити основний процес прискорення космічних частинок в лабораторії, що відкриває нові горизонти для розуміння космічних променів. Вчені з Університетів Бірмінгема та Чикаго створили мініатюрний прискорювач Фермі розміром 100 мікрометрів. У цьому пристрої рухомі оптичні потенціальні бар’єри стикаються з закріпленими атомами, частково імітуючи енергію, яку набирають космічні частинки у просторі. Ця технологія не лише відтворює поведінку космічних променів, а й встановлює новий стандарт у технологіях квантового прискорення.
Лабораторний прискорювач Фермі на основі холодних атомів підтверджує теорію космічних променів і просуває квантову технологію
Згідно з даними, опублікованими у Physical Review Letters, ця повністю контрольована установка продемонструвала прискорення частинок через механізм Фермі, вперше запропонований фізиком Енріко Фермі у 1949 році. Процес, який давно вважався основою генерації космічних променів, жодного разу не був надійно відтворений у лабораторії. Об’єднуючи збільшення енергії з втратою частинок, дослідники отримали енергетичні спектри, подібні до тих, що спостерігаються у космосі, що стало першим прямим підтвердженням результату Белла, що є основою фізики космічних променів.
У процесі прискорення Фермі ультрахолодні атоми прискорюються до більш ніж 0,5 метра на секунду за допомогою лазерних бар’єрів. Доктор Амита Деб, співавтор і дослідник з Університету Бірмінгема, зазначила: «Наш димар є більш потужним за звичайні квантові нано-вимірювання, які є кращими інструментами прискорення у світі на сьогодні. Хоча його простота та компактність привабливі, найцікавішою рисою є відсутність теоретичного обмеження швидкості». Ультрахолодні атомні потоки можуть бути точно контрольовані у подальших експериментах.
Цей прогрес означає, що вперше складні астрофізичні процеси, такі як шоки і турбулентність, можуть бути досліджені в лабораторних умовах, заявила провідний автор Доктор Вера Гуарера. Це відкриває нові можливості для вивчення астрофізики високих енергій, а також для застосування у квантовому контролі хвильових пакетів і квантовій хімії.
Дослідники планують вивчити, як різна поведінка впливає на енергетичні межі та темпи прискорення. Компактний прискорювач Фермі такого типу може стати основою для досліджень фундаментальної фізики та зв’язати їх з новими технологіями, такими як атомроніка.