微型芯片有望实现伽马射线激光器开发，攻克癌症治疗难题并探索多重宇宙

想象一种安全的伽马射线激光，它能根除癌细胞而不损伤健康组织。或者想象一种工具，通过揭示宇宙的基本结构，帮助验证斯蒂芬·霍金的多重宇宙论是否真实。

电气工程助理教授阿卡什·萨海博士取得了一项量子领域的突破性进展，可能推动这些科幻构想成为现实。该成果在量子学界引发了热烈反响，因其有望彻底改变我们对物理学、化学和医学的理解。量子科学、材料与技术领域最具影响力的期刊之一《Advanced Quantum Technologies》认可了萨海的工作，并将其研究作为六月刊的封面文章发表。

"这非常令人兴奋，因为这项技术将开辟全新的研究领域，并对世界产生直接影响，"萨海说。"过去，诸如亚原子结构等突破性技术推动了激光、计算机芯片和LED的发展。这项同样基于材料科学的创新具有同等重要的意义。"

技术原理

萨海发现了一种在实验室中创造前所未有的极端电磁场的方法。这些电磁场——由材料中的电子以极高速度振动和反弹产生——为从计算机芯片到搜寻暗物质证据的超级粒子对撞机等一切设备提供能量。迄今为止，要产生足以进行高级实验的强磁场，需要庞大且昂贵的设施。例如，科学家在瑞士欧洲核子研究中心（CERN）使用大型强子对撞机等机器追寻暗物质证据。为容纳加速高能束流所需的射频腔和超导磁体，该对撞机长达16.7英里。在此规模上进行实验需耗费巨大资源，成本极其高昂，且可能极具不稳定性。

萨海开发了一种硅基芯片状材料，它能承受高能粒子束、管理能量流，并让科学家得以接触量子电子气振荡（或振动）产生的电磁场——所有这些功能都集成在拇指大小的空间内。快速电子运动产生了电磁场。借助萨海的技术，该材料能管理振荡产生的热流，保持样品完整和稳定。这为科学家提供了前所未有的观测活动的能力，并开启了将数英里长的对撞机缩小到芯片尺寸的可能性。

"在保持材料基本结构的同时操控如此高能流，正是这项突破的关键，"参与该项目的萨海实验室研究生卡扬·蒂鲁马拉塞蒂表示。"这项技术突破能为世界带来真正的变革。它关乎理解自然如何运作，并运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（CU Denver）设计，并在由斯坦福大学运营、美国能源部资助的世界级设施——SLAC国家加速器实验室进行了测试。

技术应用

科罗拉多大学丹佛分校已在美国及国际就该技术申请并获得临时专利。虽然实际应用可能尚需数年，但更好地理解宇宙运行机制从而改善人类生活的潜力，正是激励萨海和蒂鲁马拉塞蒂在实验室和SLAC投入漫长时间的动力。

"伽马射线激光可能成为现实，"萨海说。"我们不仅能获得组织细胞核级别的成像，更能深入到构成原子的原子核层面。这意味着科学家和医生将能观测原子核层面的活动，既能加速我们对微观尺度主导力量的认知，也能催生更优的医疗方法和治愈手段。最终，我们或可开发伽马射线激光在纳米级别修饰原子核并清除癌细胞。"

这种极端等离子体技术还有助于验证众多关于宇宙运行的假说——从多重宇宙的可能性到探索宇宙的基本结构。这些前景令曾考虑成为物理学家的蒂鲁马拉塞蒂振奋不已。"探索自然及其基本尺度的运作机制，对我至关重要，"他说。"但工程师为科学家提供的工具不止于理解。这……这令人心潮澎湃。"

二人接下来的计划是今年夏天重返SLAC，继续改进硅芯片材料和激光技术。与电影不同，突破性技术的研发可能耗时数十年。事实上，促成这一关键时刻的部分基础工作始于2018年，当时萨海发表了关于反物质加速器的首篇研究。"这需要时间，但在我有生之年，这是极有可能实现的，"萨海表示。

研究人员简介

阿卡什·萨海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以及印第安纳大学伯明顿分校物理学硕士学位。他是科罗拉多大学丹佛分校工程、设计与计算学院电磁学、等离子体与计算研究组成员。2018年加入科罗拉多大学丹佛分校前，他曾在伦敦帝国理工学院担任研究助理，并在私营部门担任研发职务。萨海已在同行评审期刊发表十余篇论文，并常在SLAC、CERN和美国物理学会活动中发表演讲。他还担任多家科学期刊的审稿人。

卡扬·蒂鲁马拉塞蒂正在科罗拉多大学丹佛分校攻读电气工程博士学位和电气工程硕士学位，本科毕业于贾瓦哈拉尔·尼赫鲁理工大学阿努拉格工程学院，获电子与通信工程技术学士学位。攻读硕士学位期间，他担任萨海的研究助理，在SLAC参与开发此项技术装置。