隶属于芝加哥大学的费米国家加速器实验室(Fermi National Accelerator Laboratory)的科学家鲍勃·扎斯卡(Bob Zwaska)在观看烹饪节目《甜点用碎自旋糖》(切碎的自旋糖)时，意识到同样的原理可能也适用于加速器目标。
他从这个想法中发展出来的技术可以极大地提高未来粒子加速器的工作能力——帮助我们解开宇宙是如何形成的秘密。
粒子加速器产生粒子的方法之一是向目标发射粒子束。这些目标是固定的固体块材料，如石墨或铍。当光束与目标碰撞时，它会产生一种粒子喷雾，可以让科学家了解宇宙的基本组成部分。
例如，由费米实验室主持、与全球170多家机构合作开发的开创性的国际深层地下中微子实验(简称DUNE)，试图通过解开被称为中微子的幽灵粒子的神秘面纱，来了解宇宙中物质存在的原因。但实验受到目标处理能力的限制;为了解开这些谜团，沙丘所使用的加速器光束需要达到至少1.2兆瓦特的功率——这是当前目标所能处理的功率的两倍。
光束和目标之间的碰撞点——一个比目标本身小得多的区域，在蚂蚁和机械铅笔中的石墨之间的大小不同——被快速地反复加热到500摄氏度以上。这种热量使得这个小区域试图膨胀，但是因为目前使用的目标是固体，没有膨胀的空间。相反，这个热点像一个凿岩机一样，一次又一次地推动着周围的区域。这有可能伤害目标。
当你跳入水池时，你与水的碰撞会在水面激起涟漪。当波浪到达池的边缘时，它们会反弹并越过其他的波浪，或者互相破坏，或者结合在一起形成一个更大的波浪。在游泳池里，如果波浪太大，水就会溅到池边。然而，在固体目标中，如果波太大，材料就会破裂。
在费米实验室粒子加速器目前的光束强度下，这不是问题，因为目标可以长时间承受由此产生的波。随着费米实验室升级它的加速装置，强度增加，耐力时间急剧下降。
“在世界范围内，人们都在推动更高强度的机器来制造稀有粒子。这些目标有时是这些设施性能的唯一限制因素，”Zwaska说。“所以，为了研究新物理领域，我们必须推动新技术来解决这个问题。”
一个新的旋转
Zwaska的任务是找到一个替代目标，用于大功率加速器，比如将光束发送到沙丘的加速器，他设想了一个由许多迂回曲折组成的目标，以防止任何波浪积聚。这个弯曲的目标在微观尺度上也会是坚固的。
在他偶然发现纺丝糖的概念之前，他首先测试了石墨绳、3d打印纤维，以及大部分中空的网状固体。
电纺丝最初是在20世纪初提出的，用于生产更薄的人造丝，现已被用于汽车的空气过滤、伤口敷料和制药。和纺丝糖一样，电纺丝也需要使用液化的材料来制造细丝，这些细丝最终会硬化成所需的结构。电纺丝不是加热液体，而是给液体施加一个正电荷。液体上的电荷在它和放置在一定距离之外的中性板之间产生了吸引力。这种吸引力将材料向板的方向拉伸，创造出一种坚固的纤维材料。
对于加速器目标，专家们将金属或陶瓷制成一种固体但多孔的材料，这种材料由数千根直径不到一微米的纤维束组成。这还不到人类平均头发厚度的百分之一，大约是蜘蛛网的三分之一。
当粒子束与电纺靶碰撞时，纤维不会传播任何波。缺乏潜在的物质破坏波意味着这些目标可以承受更高的光束强度。
想象你跳进一个球坑，而不是游泳池。你的碰撞会立即打乱你周围球的排列，但不要碰周围的球。电纺丝靶的作用原理是一样的。该工艺在每根纤维之间留出空间，使纤维均匀膨胀，避免了钻锤效应。
针对更好的系统
尽管这项新技术有可能解决当前目标的许多问题，但它也有自己的障碍需要克服。通常情况下，制作电纺丝靶的过程需要数天时间，专家们常常不得不停下来纠正材料积累过程中的并发症。
费米实验室的博士后研究员Sujit Bidhar正试图解决这些问题。比达尔正在开发和测试一种方法，可以增加一次形成的纤维自旋点的数量，产生更厚的纳米纤维靶，并减少产生正电荷所需的电量。这些改进将加快并简化这个过程。
当比达尔还在尝试不同的静电纺丝技术时，他已经开发出一种新的正在申请专利的静电纺丝系统，包括一种新型的电源。
比达尔的静电纺丝装置比大多数传统装置更紧凑、更轻、更简单、更便宜。
由于其输出功率有限，使用起来也更加安全。目前的商用电力供应所产生的电量远远超过制造电纺锤靶所需的电量。比达尔的供电单元减少了一半的电力输出和整体单元大小，这也使它更安全的使用。
比达尔说:“医疗人员将能够使用这种电源在偏远和移动的地方制造可生物降解的伤口敷料，而不需要笨重的高压设备。”
电纺靶，比如比达尔的电源，可以创新粒子物理加速器的未来，使沙丘等实验达到更高的光束强度水平。这些更高强度的光束将帮助科学家们解决天体物理学、核物理和粒子物理学中永恒的谜团。
资助:美国能源部科学办公室。
-改编自费米实验室网站上首次出现的一个故事。