據報道，一支合作研究團隊正在嘗試將電光物理學和硅基MEMS結構相結合，針對目前使用的長達數公里的粒子加速器，他們要打造一款芯片尺寸的電子加速器。

長約30公里的國際直線對撞機（International Linear Collider），由兩臺大型超導直線加速器組成

物理學家和工程師們都了解高能電子粒子加速器的成本有多高昂，為了達到兆電子伏特（MeV）能級，需要長達數公里的結構。現在，科學家們正在探索一種新的方法，利用MEMS技術打造超小型通道和結構。這與基于MEMS技術的陀螺儀、激光測量、諧振器和光譜儀類似。

由美國Gordon和Betty Moore基金資助的“芯片上加速器國際計劃（AChIP）”，專注于打造硅基電子加速器。這項多學科、多機構合作的計劃，目標是在芯片上生成具有1 MeV能量的電子脈沖，產生飛秒到阿秒（10?1?到10?1?秒）的脈沖。

在發表于《物理評論快報》的論文中，德國達姆施塔特工業大學（TU Darmstadt）加速器物理組的電氣工程師開發了一種微型激光驅動電子加速器設計，理論上它可以小到在硅基芯片上進行制造。

該設計在其核心采用了玻璃和硅基結構，用外部激光作為能源，而非傳統加速器采用的微波發生器。玻璃的高電場強度意味著可以提高粒子加速率。因此，相同的能量可以在更短的物理空間內轉移到粒子上。由此得到的加速器要比提供相同能量的傳統加速器短一個數量級。

當然，理論上說起來容易做起來難，因為芯片上電子的真空通道必須非常小，這反過來要求電子束非常聚焦。現有加速器中使用的傳統磁聚焦方法太弱，而無法滿足這一要求，因此需要開發一種全新的聚焦方法才能使芯片上加速器成為現實。

1、上圖為用硅材料制造的雙柱結構，采用基于激光的光學相位控制來聚焦電子加速和減速區。

在這里，激光、電子和深物理的融合變得更加復雜、先進和微妙。德國達姆施塔特工業大學的AChIP小組開發了一種不同的解決方案，利用源激光場將電子聚焦在僅420 nm寬的通道中。他們的研究只是這個高度復雜、基礎廣泛的合作計劃的一部分。

與磁基加速器的電子動力學不同，這種基于MEMS的加速器實現了與傳統硅制造兼容的二維設計。它使用一種稱為交變相聚焦（APF）的技術，沿著芯片表面平面的兩個方向引發激光驅動的聚焦和散焦交替。雖然有些違反直覺，但物理學完全支持這一理論，它保證了沿縱軸和橫軸的粒子穩定性，并將電子保持在應處的位置。

2、雙柱介電激光加速（DLA）結構示意圖和參考粒子周圍的粒子束示意圖（上部），以及縱向時諧電場模擬（底部）。

這里討論的APF技術也可用于將電子注入加速器結構所需的聚束。正弦能量的產生和去除也會產生電子能量擴散很低的極短（阿秒）束長。

3、電子加速器完整示意圖，顯示每個連續階段的脈沖和能量的累積。

醫用直線加速器

對于這款器件的非研究用途，它能否或何時實現實際應用，目前可能還不清楚。總體來說，就像當它首次展示時有評論戲稱，這項技術是“尋求問題來解決的解決方案”。該技術在醫學領域的一種可能用途，是作為一種組合的加速器-內窺鏡，利用電子照射人體內深處的腫瘤。