在星球大战中的雷迪:最后的吉迪挥舞着不可能创造(据我们所知)Lightaber©2017 Lucasfilm Ltd.

星球大战的科学是如何转变对事实的

Carsten Welsch教授使用星球大战的科学来解释我们如何使用的是推动物理学的界限。

很久以前,在一个银河系中,很远的物理学法则和自然规则被撕裂并抛弃了科幻幻想。但这并不是说所有的星球大战科学都是在这个世界中,有一些突破和科学发现已经受到史诗电影系列的启发。庆祝释放 星球大战: The Last Jedi,利物浦大学的物理负责人Carsten Welsch教授和沟通 Cockcroft学院 解释了搞定 星球大战 在科学的最前沿启发了概念。

广告

质子鱼雷

1977年 新希望是第一部星球大战电影,叛乱联盟使用质子鱼雷来摧毁死星,因为他们的激光不能穿透空间站的盾牌。在现实世界中最接近的是我们在癌症治疗中使用“质子鱼雷”。

在泛欧洲 OMA(医疗加速器的优化)项目 我们正在使用质子梁来定位在身体内部隐藏的东西,非常难以瞄准和摧毁。

最常见的放射疗法形式使用X射线。该方法的主要问题是,对于深度坐姿的肿瘤,X射线能够损坏健康组织的重要入口和出口剂量。这是因为剂量沉积遵循指数衰减,并且难以精确地瞄准光线。

另一种方法是使用质子束。质子是带正电荷的颗粒,当氢原子在“原子Smasher”中失去其电子时产生的,例如回旋加速器 - 较早类型的颗粒促进剂之一。

质子是大颗粒,其能够几乎静默地穿透组织,以便通过它们的能量确定的特定距离;然后,它们在特定位置存放大部分能量,因此靶肿瘤被破坏,但健康组织被施加。这种显着的现象称为“布拉格峰”。

这是一种快速增长的治疗方法,特别是在英国,目前正在建造几种新的质子束设施。质子束疗法证明它可以为特异性癌症类型提供优异的结果。

我们认为更多可以实现更多,特别是在治疗靶癌的患者较小的情况下,患有次癌患者的潜力,也适用于接近重要器官的成年人中的肿瘤。

OMA项目 - 医疗加速器优化(YouTube /卡尔斯顿威尔彻)

质子梁的独特性质是它们可以非常良好地控制以遵循肿瘤的轮廓。这是这种精确性,使技术非常适合位于微妙的地方的癌症;事实上,英国的第一个(目前仅)克拉特布里奇的质子束治疗中心对待眼睛癌症。

可以控制光束的深度是多么深,所以它可用于在虹膜或眼睛后部处理肿瘤。而且,由于质子散射很少,梁具有锋利的边缘,这使得可以遵循肿瘤的轮廓并保护视神经。我们可以通过调制光束的频率来提供一致的剂量。

进一步改善对光束形状和质量的控制的技术和监测剂量,而不会破坏光束,在OMA中开发,泛欧,研究机构,临床设施和行业合作伙伴。这个新网络汇集了物理学家,工程师,生物学家和临床医生,以更好地了解剂量递送和分布,以及对患者体和肿瘤区域的影响。

提高技术的种族正在加剧,因为更多的质子束治疗单位很快开放,包括在曼彻斯特柯蒂纳斯基金会信托基金会的NHS单位(由于2018年开放)和大学学院伦敦医院服务(预计在2020年)。

这些特殊的质子鱼雷可能对接近的死亡明星不有帮助,但它确实在对抗癌症的战斗中为我们的阿森纳添加了另一种武器。

Lightsabers.

LightraBer,Chable的首选武器,因为物理规律,不可能,但是在地平线上有很多令人兴奋的应用,例如由机器人臂控制的激光刀具,用于高精度手术和自适应制造使用激光器在金属中创建复杂结构。

Lightsabers.的问题是没有办法从源头发光,然后在米后停止,除非它击中某些东西,否则灯此外,如果是一个“轻”的军刀,这两个刀片应该在冲突时彼此渗透。可能,可以使用等离子体“第四种物质”来创建类似于光剑的柔性切割刀片。电离颗粒的这种热气体可能受适当形状的三维电磁场约束。

虽然创建光剑不是一个目标,但我们 寻找更广泛的加速器的方法,更广泛,更具有成本效益的更广泛的应用程序。

例如,国际加速科学家在国际上 欧普西亚项目 正在设计世界上具有行业梁质量的基于高能等离子的加速器,比当前加速器更强大,更紧凑。

在物理学中,等离子体是具有正极和带负电颗粒的导电介质。它可以通过施加高能量从气体中创建。宇宙中几乎所有可见的物质都处于等离子体状态(例如,太阳是血浆颗子。)

尤布利亚将通过等离子体介质引导激光,产生波浪并强迫等离子体内的电子以产生强电场。在电磁波的横向场和等离子体波的纵向场之间振荡加速电子,产生高质量的光束。

等离子促进剂可以在距离较短的距离中维持高达10,000倍的电场高达10,000倍的电流。

这个新的加速器将把电子推动电子到光速的速度超过更短的距离和开放的机会,完全新的应用:成像超快速现象,包括生物分子的运动,如蛋白质展开,或创新材料的测试......但不是用于建造光剑!!

反物质反物质

星球大战中的力量和黑暗面是谈论物质和反物质互动的理想机会,我们正在全新的研究网络探索 Ava. (验证反物理物理学的加速器)。

反物质长期以来一直是科幻小说:在 星际迷航 例如,“Warp Drive”在物质和反物质之间使用爆炸反应来推动星舰企业通过没有燃料的空间。

最初的反物质声音像一个梦幻般的能源,就像颗粒一样击中物质时,它们立即互相消灭,将它们的综合质量释放到100%的能量中。问题是宇宙中几乎没有任何反物质。事实上,如果你有机会在一个人中湮灭,就会在人类历史上产生的所有反物质,那么它不会释放足够的能量来煮一顿茶!

虽然不是良好的能量来源,但反物质确实有其应用;例如,它是常规用于患者成像的医院。在正电子发射断层扫描(PET)中,电子和正电子(电子的抗颗粒)用于检测患者体内的放射性核素。这反过来讲述临床医生关于代谢过程,用作某些脑病和癌症的诊断。

反物质研究的真正兴奋是它有可能重写我们关于天然和时间的性质的假设。

根据当前的科学理论,大爆炸后宇宙中的每种类型的物质都应该伴随着等量的反物质(具有相反电荷的粒子),但这不是如此。科学家认为,两种类型的物质之间可能存在微妙的差异,这些物质毫不关紧地消灭反物质和宇宙发展。当涉及到引力力的反物质的相互作用时,我们也有很有限的理解 - 从未有过这种现象的详细测量。

广告

然而,反物质难以进行调查,因为当一个抗颗粒和颗粒相遇时,它们彼此湮灭,所以需要一种特殊的诱捕装置。我们能够通过使用电磁场来存储在真空血管内的反物质,但直到现在,这仅是有限数量的抗颗粒和有限的时间。此外,到目前为止,这些颗粒没有所需的光束特性 - 它们应该非常冷,以便精确测量。

埃琳娜(额外的低能量Antiproton)加速器在Cern©Dean Mouhtaropoulos / Getty Images
埃琳娜(额外的低能量Antiproton)加速器在Cern©Dean Mouhtaropoulos / Getty Images

现在是CERN的新设施叫 埃琳娜 (额外的低能量Antiproton环)是提供比先前实现的更低的能量高质量的反滴漏。该设施将允许我们调查物理学和AVA(Accelerators验证的Antimeratorators)中的一些巨大未解决的问题,这是利物浦/ Cockcroft Institute大学的科学家领导的研究网络,将有助于提供该工具。

例如,Elena的重要元素是电子冷却器,这是制造非常冷梁所需的电子冷却器。一旦它们被冷却,颗粒就可以注入一个离子阱,在那里它们几乎处于休息状态;这允许将非常精确的测量值进入其特性。新的冷却机制是在AVA中研究的研究领域之一。

所有涉及AVA项目的行业合作伙伴都在开发传感器技术或高级探测器技术。与反物质的挑战一般上是有少量的微小颗粒。他们还涵盖了巨大的能量。

一旦我们的工业伙伴表明,他们的技术能够测量粒子作为异国情调和挑战,因为这一进步会发现他们进入其他应用。例如,这些检测器技术中的一些有助于提高医学成像的分辨率和完整性。

Elena可能会发现与Higgs Boson相似的大胆影响;它可能不是一个新的粒子,而是可以完全提供关于一些最基本的过程的更好的理解。谁知道,甚至可能 米米 - 氯化物......?

 


关注科学专注 推特Facebook, Instagram. 抹布