コロラド大学デンバー校のエンジニアであるアーカシュ・サハイ助教授が、科学者たちに新しいツールを提供する寸前にいます。
想像してみてください、安全なガンマ線レーザーが、健康な組織を損なうことなくがん細胞を根絶できる未来。 または、スティーブン・ホーキングの多元宇宙理論が真実であるかどうかを判断するのに役立つツールが、宇宙の背後にある構造を明らかにする未来。
サハイ博士が開発した量子ブレークスルーは、これらのサイエンスフィクションのアイデアを現実のものにする助けとなる可能性があり、量子コミュニティに興奮の波をもたらしています。 進んだ量子技術に関する雑誌の中でも特に影響力のある「アドバンスド・クオンタム・テクノロジーズ」は、サハイの研究を特集し、6月号の表紙を飾りました。
「この技術は新たな研究分野を切り開き、世界に直接的な影響を与えるのでとても興奮しています」とサハイは語りました。「過去にも、レーザー、コンピューターチップ、LEDなどの技術的ブレークスルーが存在しましたが、これは材料科学に基づく革新でも同様です。」
サハイは、これまで可能でなかった極端な電磁場を実験室で作成する方法を見つけました。 これらの電磁場は、材料内の電子が非常に高速度で振動し、跳ね返ることで生じます。これらの電磁場は、コンピューターチップからダークマターの証拠を探すための超粒子加速器まで、あらゆるものを動かしています。
これまで、高度な実験に必要な強力な電磁場を作り出すには、大規模で高価な施設が必要でした。 例えば、ダークマターの証拠を追求する科学者たちは、スイスのCERNにある大型ハドロン衝突型加速器などの機械を使用しています。
サハイは、高エネルギーの粒子ビームに耐え、エネルギーの流れを管理し、量子電子気体の振動により生成される電磁場へアクセスできるようにするシリコンベースの、チップのような材料を開発しました。
この急速な動きが電磁場を生成します。 サハイの技術により、この材料は振動によって生成される熱の流れを管理し、サンプルを保持し、安定させることができます。 これにより、科学者たちはこれまでとは異なる方法で活動を観察できるようになり、何マイルにもわたる加速器をチップサイズに縮小する可能性が開かれます。
「このような高エネルギーの流れを操作しながら、材料の基礎構造を保つことができることが、本当のブレークスルーです」と、サハイのラボでこのプロジェクトに取り組んでいる大学院生カリヤン・ティルマラセッティは述べました。
「この技術のブレークスルーは、世界に実際の変化をもたらす可能性があります。 それは、自然の働きを理解し、その知識を用いて世界にポジティブな影響を与えることに関するものです。」
この技術と方法はCUデンバーで設計され、スタンフォード大学が運営しアメリカ合衆国エネルギー省が資金を提供するSLAC国立加速器研究所でテストされました。
CUデンバーは、すでにこの技術に関してアメリカと国際的に暫定特許を出願し取得しています。 現実世界への実用的な応用は数年先かもしれませんが、宇宙の仕組みをより深く理解し、そこから人々の生活を改善するための可能性が、サハイやティルマラセッティがラボやSLACで長時間取り組む原動力となっています。
「ガンマ線レーザーが現実になる可能性があります」とサハイは語ります。 「細胞核だけでなく、基礎的な原子の核まで組織を画像化できるようになります。 それは、科学者や医師が核レベルで何が起こっているのかを見ることを可能にし、非常に小さなスケールで支配する巨大な力を理解する手助けとなり、より良い医療や治療法の発展につながる可能性があります。」
極端なプラズモン技術は、多元宇宙の可能性や宇宙の非常に構造を探求するなど、宇宙の仕組みについてのさまざまな理論をテストするのにも役立つ可能性があります。 これらの可能性に興奮するティルマラセッティは、かつて物理学者になることを考えていたそうです。
「自然を探求し、その基本的なスケールでの動作を理解することは、私にとって非常に重要です」と彼は言います。「しかし、エンジニアは科学者に理解する以上のツールを提供します。それは…それは興奮することです。」
次のステップとして、彼らは夏に再びSLACに戻り、シリコンチップの素材とレーザー技術をさらに洗練させる予定です。 映画のように、画期的な技術の開発には数十年かかることがあります。 実際、今回の重要な瞬間の基礎となる作業のいくつかは2018年にさかのぼります。サハイは抗物質加速器に関する初の研究を発表しました。
「まだ時間はかかりますが、私の生涯のうちに可能性が高いです」とサハイは語ります。
アーカシュ・サハイはデューク大学でプラズマ物理学の博士号を取得し、スタンフォード大学で電気工学の修士号、インディアナ大学ブルーミントンで物理学の修士号を取得しています。 コロラド大学デンバー校の工学、デザイン、計算のカレッジの電磁気学、プラズマ、計算グループのメンバーでもあります。
2018年にCUデンバーに入学する前、彼はロンドン帝国大学で研究助手として働き、民間セクターで研究開発の役割を果たしました。 サハイは、ピアレビューのあるジャーナルに12本以上の記事を発表しており、SLAC、CERN、アメリカ物理学会のイベントで頻繁に講演します。 さらに、彼はいくつかの科学的なジャーナルのレビュアーとしても活動しています。
カリヤン・ティルマラセッティは、コロラド大学デンバー校で電気工学の博士号を取得中で、同校で電気工学の修士号と、アヌラグ工科大学で電子通信工学の学士号を取得しています。 修士課程中、彼はサハイの研究助手として、SLACでこの技術的設計の発展に取り組みました。
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