Cel mai puternic laser cu raze X din lume se aprinde pentru prima data

Oamenii de stiinta de la Laboratorul National de Accelerare SLAC au lansat cel mai puternic laser cu raze X din lume, care va fi folosit pentru studii atomice si moleculare aprofundate. Acesta reprezinta o imbunatatire semnificativa fata de predecesorul sau, deoarece este de 10.000 de ori mai luminos. De asemenea, instalatia laser modernizata utilizeaza componente de accelerare supraconductoare, ceea ce ii permite sa functioneze la temperaturi criogenice apropiate de zero absolut , potrivit Big Think.

Oamenii de stiinta de la o instalatie de inalta tehnologie de pe coasta de vest a Americii au pornit pentru prima data cel mai puternic laser cu raze X din lume. Cu ajutorul acestor impulsuri ultra-stralucitoare de lumina cu raze X, ei vor face masuratori care ne vor invata multe despre lumea atomica si moleculara.

Mai stralucitor si mai puternic

Instalatia LCLS-II este o modernizare a sursei de lumina coerenta Linac. Aceasta este situata la Laboratorul National de Accelerare SLAC al Departamentului de Energie al SUA, in apropierea Universitatii Stanford din Menlo Park, California. LCLS-II este ceea ce se numeste un laser cu electroni liberi, ceea ce inseamna ca accelereaza un fascicul de electroni pana aproape de viteza luminii si apoi trimite fasciculul printr-o serie de campuri magnetice. Aceste campuri magnetice fac ca traiectoria electronilor sa se clatine si, din cauza miscarii, electronii emit raze X foarte intense care pot fi folosite pentru a crea imagini ale unor lucruri precum molecule si pentru a vedea cum interactioneaza atomii din interiorul acestora.

LCLS-II poate emite pana la un milion de impulsuri de raze X in fiecare secunda, adica de 8.000 de ori mai mult decat putea emite laserul LCLS anterior. Atunci cand se combina rata crescuta a impulsurilor cu un numar mai mare de electroni pe impuls, noua instalatie este de peste 10.000 de ori mai luminoasa decat predecesoarea sa.

Fiecare puls este foarte scurt. Pentru razele X de inalta energie (cu lungime de unda scurta), impulsurile variaza intre 10 si 50 de femtosecunde; pentru razele X de joasa energie (cu lungime de unda lunga), impulsurile pot fi intinse pana la 250 de femtosecunde. De asemenea, este posibil sa se realizeze impulsuri foarte scurte (mai putin de 10 femtosecunde), desi pentru perioade de timp atat de scurte, fiecare impuls este mai putin luminos decat de obicei.

Cu astfel de lungimi de unda scurte, impulsuri scurte si repetitie rapida, oamenii de stiinta pot folosi aceasta instalatie pentru a urmari reactiile chimice pe masura ce acestea au loc. In esenta, fiecare impuls poate afisa configuratia atomilor care participa la reactie, iar apoi imaginile individuale pot fi inlantuite ca un film molecular. In 2018, instalatia LCLS a reusit sa realizeze un film al unui proces chimic care are loc in vederea umana si in fotosinteza. Intregul proces dureaza doar 1.000 de femtosecunde.

In sens mai larg, instalatia LCLS-II va fi capabila sa imagineze obiecte cu dimensiuni de pana la un angstrom (10 la puterea minus 10 metri). Aceasta capacitate va permite cercetatorilor sa studieze multe procese atomice diferite, de la cele din sistemele biologice la cele din sistemele fotovoltaice si celulele de combustibil. De asemenea, laserul va ajuta la iluminarea supraconductivitatii, a feroelectricitatii si a magnetismului.

O tehnologie destul de interesanta

Una dintre componentele cheie ale modernizarii a fost instalarea unei tehnologii revolutionare. In timp ce acceleratorul anterior functiona la temperatura camerei, LCLS-II modernizat utilizeaza componente de accelerare supraconductoare, ceea ce ii permite sa functioneze la temperaturi criogenice apropiate de zero absolut ( -271° C). De asemenea, LCLS-II dispune de magneti mai buni pentru a misca fasciculele de electroni.

Desi LCLS-II abia a inceput sa functioneze, succesul acceleratorului LCLS anterior ii face pe cercetatori sa fie optimisti. Peste 3.000 de oameni de stiinta au utilizat instalatia, ceea ce a dus la peste 1.450 de publicatii.