Межі науки постійно розширюються з розвитком нових і більш досконалих технологій, і зараз дослідники обіцяють “нову еру” відкриттів з появою найпотужнішого у світі рентгенівського лазера.
Лазер, про який йде мова, називається Linac Coherent Light Source (LCLS) II, і він здатний виробляти до мільйона рентгенівських спалахів щосекунди. Це приблизно у 8000 разів більше, ніж у попереднього лазера LCLS, що створює практично безперервний пучок високоенергетичного світла, який у 10 000 разів яскравіший, ніж раніше.
Це означає, що він може набагато детальніше фіксувати процеси на атомному рівні, можливо, процеси, які ніколи раніше не спостерігалися належним чином – а звідси, можливо, відкриваються абсолютно нові галузі досліджень.
Вид на кріопланшет SLAC. (Метт Бердслі / Національна лабораторія прискорювачів SLAC)
Подумайте про вивчення квантових подій з вищою роздільною здатністю, ніж будь-коли раніше, або про фіксацію хімічних процесів, які закінчуються за найменший проміжок часу – від реакцій на сонячних панелях до структур клітин і нових типів ліків.
Установка розташована в Національній прискорювальній лабораторії SLAC в Каліфорнії і експлуатується Стенфордським університетом для Міністерства енергетики США. Оголошення про її “перше світло” з’явилося після більш ніж десятирічної розробки та понад мільярдних інвестицій.
“Світло від SLAC LCLS-II висвітлить найменші та найшвидші явища у Всесвіті та призведе до великих відкриттів у різних галузях – від здоров’я людини до квантового матеріалознавства”, – каже міністр енергетики США Дженніфер Ґранхолм.
Зокрема, LCLS-II – це рентгенівський лазер на вільних електронах (XFEL), в якому вільні електрони прискорюються до швидкості світла, створюючи надяскраві і надшвидкі спалахи світла на надкоротких довжинах хвиль – подібно до спалаху фотоапарата, що спрацьовує зі швидкістю, набагато більшою за ту, яку може сприймати людське око.
У лазері використовується ціла низка передових технологій, зокрема надпровідний прискорювач і 37 кріогенних модулів, що працюють при наднизьких температурах, які можуть прискорювати електрони майже без втрат енергії.
Також є два нових хвилеводи – один “м’який” або низькоенергетичний і один “жорсткий” або високоенергетичний – які відповідають за генерацію рентгенівського світла з електронів, що прискорюються, що є важливою частиною загального процесу.
У світі існує лише кілька XFEL, і вони вже призвели до важливих стрибків у нашому розумінні таких явищ, як космічна погода і процес фотосинтезу. Тепер стане можливим набагато більше.
Здатність цих приладів знімати “молекулярні фільми” найдрібніших, найкоротших взаємодій у науці – зі швидкістю, з якою рухаються електрони, або в аттосекундному часовому масштабі – матиме значення для фізики, хімії, біології, інженерії та матеріалознавства.
“Експерименти в кожній з цих галузей розпочнуться найближчими тижнями і місяцями, залучаючи тисячі дослідників з усієї країни і з усього світу”, – говорить директор LCLS Майк Данн (Mike Dunne).
