CERN 应用物理学家 Serge Mathot 和 ANSTO 大学加速器物理学家 Tessa Charles 使用微型加速器 ELISA 进行首次实验，该实验目前在 Science Gateway 的“探索 CERN”展览中用于真实遗产研究。(图片：CERN)

在博物馆展览中展出粒子加速器并不常见，一台运转正常的粒子加速器在博物馆展览中进行真正的科学研究更是史无前例的。经过多年的发展，质子加速器 ELISA(用于表面分析的实验性直线加速器)现在正在CERN 的教育和推广中心Science Gateway用于考古研究。这是此类质子加速器首次作为博物馆展览的一部分用于研究。

ELISA 粒子加速器有一个鲜为人知的使命：分析物体的成分，如艺术品、地质或文化遗产，而不会造成任何损坏。它的加速腔只有一米长，其工作原理是将一束质子加速到 2 MeV(作为比较，大型强子对撞机将质子加速到该数字的三百万倍以上)，将其聚焦到样本上的一个小点，例如用于古代洞穴艺术的考古油漆。这种相互作用激发了样本原子中的电子，使它们发射出特定元素所特有波长的光子。通过分析这些光子，研究人员可以构建样本成分的详细概况。

参与该项目的ANSTO加速器物理学家 Tessa Charles 表示：“我们在 ELISA 首次测试中使用的油漆样本是由科学家制作的，目的是模仿世界各地古代洞穴艺术中使用的油漆。”在首次实验中，研究人员正在评估质子束对每个样本造成的损害，以及什么条件(曝光时间和电流)最适合每种材料以避免损坏。“这样做的目的是看看如何使用 ELISA 分析样本同时避免损坏，这在处理物质文化遗产时至关重要，”她补充道。“我们的想法是开发一种完全便携式的加速器，可以带到世界各地没有加速器设施的地方，比如野外或其他博物馆。”

在展览中展示一台正在运行的加速器的想法，是在 CERN 展览团队与 CERN 各地的科学家在 Science Gateway 项目开始时组织的头脑风暴中产生的。加速器本身是 CERN 应用物理学家 Serge Mathot 的创意，他参与开发了Linac 4 RFQ(射频四极子)，这是质子束通过 CERN 加速器链到达 LHC 过程中的第一个加速腔。ELISA 是 Linac 4 第一个组件的较小版本。Mahot 最初致力于研究用于医疗应用的小型线性加速器，他意识到这项技术也可以用于文化遗产研究。“与其他分析技术相比，质子束技术非常有效，因为它具有高灵敏度，背景非常低，”Mahot 说。“您还可以在环境空气中进行分析，而不是在真空中进行分析，这使得它更灵活，更适合易碎物体。” Mathot 之前曾参与过MACHINA的研发，这是与 INFN 和其他 CERN 专家合作开发的一款类似加速器。MACHINA 是第一款可移动式加速器，不久后将投入佛罗伦萨的 Opificio delle Pietre Dure (OPD) 进行艺术品研究。

考古学家 Courtney Nimura 与埃克塞特大学的 Jamie Hampson 教授一起参与了该项目，她参与了由英国研究与创新部资助的非破坏性移动分析和成像设备项目 (NoMAD)。她说：“对于数千年前岩画颜料的制作材料，我们仍有许多未知之处。我们在考古实地工作中可以使用的分析技术有限，因为样品通常必须带到设施中。我们寄予厚望，希望像 ELISA 这样的紧凑型加速器能成为制造可用于现场的便携式加速器的第一步。”

在展厅现场使用加速器进行实验只是 ELISA 的众多用途之一。展览导游还将为参观者进行一系列演示。很快，每个人都可以在 CERN Science Gateway 开放时间内看到 ELISA 的实际运行。