Квантовый прорыв может привести к созданию гамма-лазеров и открыть доступ к мультивселенной

Аспирант Калян Тирумаласетти (слева) и доцент кафедры электротехники Аакаш Сахей работают над своей квантовой технологией в лаборатории. Автор: University of Colorado Denver

Инженер из Университета Колорадо в Денвере находится на пороге создания нового инструмента, который поможет ученым превратить научную фантастику в реальность.

Представьте безопасный гамма-лазер, способный уничтожать раковые клетки, не повреждая здоровые ткани. Или инструмент, который мог бы подтвердить теорию мультивселенной Стивена Хокинга, раскрыв ткань, лежащую в основе нашей Вселенной.

Доцент кафедры электротехники Аакаш Сахей, доктор наук, разработал квантовый прорыв, способный ускорить реализацию этих фантастических идей. Его работа вызвала волну интереса в квантовом сообществе благодаря потенциалу революционизировать наше понимание физики, химии и медицины.

Журнал Advanced Quantum Technologies, один из самых влиятельных в этой области, признал работу Сахея и разместил его исследование на обложке июньского номера.

«Это очень вдохновляет, потому что эта технология откроет совершенно новые области исследований и окажет прямое влияние на мир», — сказал Сахей. «В прошлом у нас уже были технологические прорывы, такие как открытие субатомной структуры, приведшее к созданию лазеров, компьютерных чипов и светодиодов. Эта инновация, также основанная на науке о материалах, находится в том же русле».

Как это работает

Сахей нашел способ создания экстремальных электромагнитных полей, ранее невозможных в лабораторных условиях. Эти поля возникают, когда электроны в материалах вибрируют и движутся с невероятно высокой скоростью, и они лежат в основе всего — от компьютерных чипов до ускорителей частиц, ищущих доказательства существования темной материи.

До сих пор создание полей, достаточно мощных для передовых экспериментов, требовало огромных и дорогих установок. Например, ученые, исследующие темную материю, используют такие машины, как Большой адронный коллайдер в ЦЕРНе (Швейцария), длина которого составляет 27 километров. Проведение экспериментов такого масштаба требует колоссальных ресурсов, чрезвычайно дорого и может быть нестабильным.

Сахей разработал кремниевый материал, похожий на микрочип, который может выдерживать пучки высокоэнергетических частиц, управлять потоком энергии и давать ученым доступ к электромагнитным полям, создаваемым колебаниями квантового электронного газа — и все это в пространстве размером с палец. Быстрое движение электронов генерирует эти поля.

Технология Сахея позволяет материалу управлять тепловым потоком, сохраняя образец стабильным. Это дает ученым беспрецедентные возможности для наблюдения за процессами и потенциально позволит уменьшить многокилометровые ускорители до размеров чипа.

«Управление таким высокоэнергетическим потоком при сохранении структуры материала — это прорыв», — сказал Калян Тирумаласетти, аспирант лаборатории Сахея. «Эта технология может изменить мир. Речь идет о понимании того, как устроена природа, и использовании этих знаний для позитивного влияния на мир».

Применение технологии

Университет Колорадо уже подал заявки и получил временные патенты на эту технологию в США и других странах. Хотя практическое применение может занять годы, потенциал для лучшего понимания Вселенной и улучшения жизни мотивирует Сахея и его команду проводить долгие часы в лаборатории.

«Гамма-лазеры могут стать реальностью», — сказал Сахей. «Мы сможем визуализировать ткани не только на уровне ядер клеток, но и на уровне атомных ядер. Это ускорит наше понимание фундаментальных сил и приведет к новым методам лечения. В конечном итоге мы сможем создавать гамма-лазеры для точечного удаления раковых клеток».

Технология также может помочь проверить теории о мультивселенной и структуре пространства-времени. Это особенно вдохновляет Тирумаласетти, который когда-то мечтал стать физиком: «Изучать природу на фундаментальном уровне — это очень важно. Но инженеры дают ученым инструменты не только для понимания, но и для действий. И это… захватывающе».

Следующим шагом для команды станет возвращение в лабораторию SLAC этим летом для дальнейшего совершенствования технологии. В отличие от кино, разработка прорывных технологий может занять десятилетия. Например, первые исследования Сахея по ускорителям антиматерии начались еще в 2018 году. «Это займет время, но в течение моей жизни это вполне реально», — заключил ученый.

Подробнее: Aakash A. Sahai, Extreme Plasmons, Advanced Quantum Technologies (2025). DOI: 10.1002/qute.202500037

Источник: University of Colorado Denver