世界上最小的粒子加速器，比大型强子对撞机小了5400万倍
粒子加速器是一种能够让原子核或亚原子粒子加速到极高速度的装置。它们可以用来研究物质的基本结构和性质，也可以用来产生各种有用的射线，比如X射线、伽马射线、中子束等。粒子加速器有很多种类，比如回旋加速器、直线加速器、同步加速器等。它们的大小也不一样，有的可以装在实验室里，有的则需要占据几公里甚至几十公里的空间。
最近，科学家们首次启动了世界上最小的粒子加速器。这个只有一枚硬币大小的微型神器，可能会给我们带来很多新的应用，比如在人体内部使用微型粒子加速器进行治疗。
这个新奇的机器叫做纳米光子电子加速器（NEA），它其实就是一个小芯片，里面有一个更小的真空管，由几千根细如发丝的“柱”构成。科学家们可以用微型激光照射这些柱，从而让电子加速。
这个主要的加速管只有0.5毫米长，相当于0.02英寸。跟它相比，世界上最大最强大的粒子加速器——位于瑞士的欧洲核子研究中心的大型强子对撞机，就显得庞大无比了。LHC有27公里长，也就是168英里，比NEA长了5400万倍。LHC能够发现很多新奇的粒子，比如希格斯玻色子（又叫上帝粒子）、幽灵中微子、迷人介子和神秘的X粒子。而NEA的小隧道只有225纳米宽，比人类头发还要细很多倍。人类头发的直径大约是8万到10万纳米。
在今年10月18日发表在《自然》杂志上的一项新研究中，来自德国弗里德里希-亚历山大-埃尔兰根-纽伦堡大学的研究人员用这个微型装置让电子加速了43%。他们把电子从28.4千电子伏提升到了40.7千电子伏。
这是NEA第一次真正启动起来。它是在2015年被提出的，当时研究人员在一篇论文中介绍了它。（斯坦福大学的研究人员也用他们自己的微型加速器做了同样的实验，但是他们的结果还在等待审查。）
“这是第一次，在一个芯片上就能实现粒子加速器。”研究报告的合著者、FAU物理学家罗伊·希罗在一份声明中说。
LHC用9000多个磁铁产生强大的磁场，让粒子加速到接近光速的99.9%。NEA也用光束产生磁场，但是它是通过照射真空管里面的柱来实现的；这样能够有效地增加能量，但是产生的能量场要弱得多。NEA加速的电子只有LHC加速的粒子能量的百万分之一。不过，研究人员相信，他们可以通过用其他材料或者把多个管叠在一起来改进NEA的设计，这样就能让粒子加速得更快。但是，它们永远也不可能达到LHC那样高的能量水平。
不过考虑到制造这些加速器的主要目的是利用加速电子产生的能量进行精准治疗，替代那些更有破坏性的放疗，这种放疗可以杀死癌细胞，这也许不是什么坏事。
“我们的梦想是把一个粒子加速器装在内窥镜上，这样就能直接在体内受影响的区域进行放疗。”研究报告的主要作者、FAU物理学家托马什·切洛巴在声明中写道。但他也说，这还有很长的路要走。
粒子加速器的历史可以追溯到20世纪初，当时物理学家们开始用静电场或磁场来加速电子或离子。最早的粒子加速器是由英国物理学家约翰·科克罗夫特和埃内斯特·卢瑟福在1919年制造的。它是一种直线加速器，能够把氢离子加速到50千电子伏。后来，科克罗夫特和卢瑟福用这个装置实现了人类历史上第一次人工核反应，即把氮原子核轰击成氧原子核，并释放出质子。
随着科技的发展，粒子加速器也不断地改进和创新。1930年代，美国物理学家欧内斯特·劳伦斯发明了回旋加速器，它能够利用磁场让粒子在一个圆形轨道上旋转，并逐渐增加能量。劳伦斯的回旋加速器最初只有几厘米大，但后来被扩大到几米甚至几十米。回旋加速器被广泛地用于核物理和化学等领域，也为劳伦斯赢得了1939年的诺贝尔物理学奖。