شتاب‌دهنده‌ها بسیار گران‌قیمت هستند. اما اگر بتوان شتاب‌دهنده‌ای ساخت که تنها به یک متر فضا نیاز داشته باشد و کارایی بالایی هم داشته باشد چه؟ شبیه‌سازی‌ها نشان می‌دهند این طرح چه‌قدر عملی است.
رایانه‌ها هر روز کاراتر، قوی‌تر، سریع‌تر و البته ارزان‌تر می‌شوند. همین امر به دانشمندان کمک کرده تا بسیاری از تحلیل‌ها و مطالعاتی را که در محیط آزمایشگاهی نمی‌توانستند انجام دهند، با استفاده از مدل‌های رایانه‌ای انجام بدهند.
همچنین، وقتی اطلاعات به صورت شبیه‌سازی رایانه‌ای و در قالب مدل ارائه می‌شوند، در مقایسه با کوهی از اعداد و نمودار و جدول، قابل درک‌تر هستند و چشم انسان می‌تواند از آن‌ها اطلاعاتی را بگیرد که شاید در بین واژه‌ها و خطوط نتواند همین اطلاعات را درک کند.
در واقع چشم انسان می‌تواند الگوهایی را در مدل‌ها ببیند که توضیح آن‌ها با استفاده از هر روش دیگری دشوار خواهد بود. بنابراین، دریچه تازه‌ای به روی محققین باز شد: مدل‌های رایانه‌ای.
به گزارش وایرد، امسال مرکز انرژی آمریکا میزبان مسابقه‌ای با عنوان شب تجسم بود که می‌توانید آن را مسابقه اسکار ویدئوهای شبیه‌سازی رایانه‌ای بدانید. شما می‌توانید برندگان این مسابقه را با خبرآنلاین دنبال کنید.
در این شبیه‌سازی، دانشمندان علوم رایانه کوشیده‌اند مدلی از نوعی شتاب‌دهنده را طراحی کنند و ویژگی‌های آن را بسنجند که انتظار می‌رود در آینده با کارایی بالا و در فضایی کم الکترون‌ها را به سرعتی نزدیک به سرعت نور برساند.
در واقع دانشمندان در تلاش برای بازسازی آن‌چه در انفجار بزرگ اتفاق افتاده، از شتاب‌دهنده‌های ذرات استفاده می‌کنند. با این شتاب‌دهنده‌ها، ذرات زیراتمی با سرعتی نزدیک به سرعت نور با هم برخورد می‌کنند. مشکل اینجا است که ساخت این ماشین‌ها خیلی گران‌قیمت است و به فضای بسیار بسیار زیادی هم احتیاج دارد. برای مثال، برخورد دهنده بزرگ هادرون که بیش از 27 کیلومتر در اروپا دور می‌زند، بودجه‌ای معادل حدود 9 میلیارد دلار داشته است.
استل کورمیر- میشل، دانشمند علوم رایانه در این‌باره می‌گوید: «آن‌ها خیلی خیلی بزرگ و گران هستند. برای همین ما می‌کوشیم فناوری‌های تازه‌ای ایجاد کنیم که اندازه کوچک‌تری داشته باشند و البته ارزان‌تر تمام شوند. در این زمینه، یکی از ایده‌ها، شلیک پلاسما با استفاده از لیزرهای بزرگ است. »
در این شبیه‌سازی دانشمندان فناوری شتاب‌دهنده‌ای را بررسی می‌کنند که در واقع فناوری بسیار نوپا و تازه‌ای است و شتاب‌دهنده لیزر- پلاسما نامیده می‌شود. در این شتاب‌دهنده یک پرتوی لیزر درون پلاسمای یونیزه شده وارد می‌شود تا حالتی را به وجود بیاورد که در اصطلاح برانگیختگی الکتریکی نامیده می‌شود. لیزر دوم هم وارد می‌شود و پس از برخورد با لیزر اول، الکترون‌ها را از پلاسما به بیرون پرت می‌کند. الکترون‌ها تا رسیدن به سرعت نور شتاب می‌گیرند و همه این مراحل قرار است تنها به یک متر فضا نیاز داشته باشد! این الکترون‌های شتاب گرفته قرار است در نهایت با الکترون‌های آزاد شده از ماشین مشابهی که درست در جهت مخالف حرکت می‌کنند برخورد کنند.
کورمیر- میشل که روی شبیه‌سازی‌هایی از این دست کار می‌کند، بر این باور است که چنین شبیه‌سازی‌های رایانه‌ای به فیزیکدانان تجربی کمک می‌کنند به طور دقیق بدانند نمونه‌های گران‌قیمتی که طراحی می‌کنند واقعا به شتاب الکترون‌ها کمک می‌کنند یا نه. در واقع برای ساخت چنین شتاب‌دهنده‌های گران‌قیمتی باید از ثبات و کارایی بسیار بالای آن‌ها مطمئن بود.
وی می‌افزاید: «اگر من یک فیزیکدان باشم، می‌خواهم که باریکه لیزر چنین انرژی داشته باشد و در هر بار شلیک هم بتواند به همان میزان انرژی خود را نگه دارد. در حال حاضر با این فناوری چنین چیزی ممکن نیست. قطعا مسیر طولانی همچنان در پیش است و در این مسیر شبیه‌سازی‌های رایانه‌ای بسیار کمک خواهد کرد.»