Национальная ускорительная лаборатория SLAC Министерства энергетики США испытала самый мощный в мире рентгеновский лазер. Рентгеновский лазер на свободных электронах (XFEL) Linac Coherent Light Source II (LCLS-II) выдает миллион импульсов в минуту и в 10 000 раз ярче своего предшественника. LCLS-II будет фиксировать химические реакции, включая фотосинтез, в реальном времени, а также поможет в анализе сложных молекул и разработке квантовых компьютеров.
Возможность создавать фотографии и изображения является мощным инструментом для научных исследований. Но когда объекты становятся очень маленькими или очень быстрыми, обычные световые волны уже не в состоянии передать нужную детализацию. Именно здесь рентгеновские лучи и лазеры жесткого рентгеновского излучения приходят на помощь, позволяя ученым изучать объекты на микроскопическом уровне и наблюдать быстрые процессы, которые ранее были недоступны для наблюдения.
XFEL используется для генерации сверхярких и сверхкоротких импульсов рентгеновского света, что позволяет изучать поведение молекул, атомов и электронов с высокой детализацией и в естественных временных масштабах. Это открывает новые возможности для изучения процессов в химии, биологии и материаловедении. XFEL позволяет наблюдать молекулярные структуры на ранее недоступных масштабах и фиксировать динамику событий, происходящих в очень короткие промежутки времени.
Идея модернизации LCLS-II XFEL стоимостью $1,1 млрд заключается в том, чтобы сократить время и обеспечить максимально возможное разрешение за счет создания рентгеновского лазера с максимально возможным количеством очень ярких импульсов в секунду.
Для создания мощного рентгеновского лазера использовалась специальная установка, которая включает сверхпроводящий ускоритель электронов. Эта установка состоит из подземного тоннеля длиной в 3,2 километра и имеет энергию 4 ГэВ. Внутри нее электроны ускоряются почти до скорости света с помощью сверхпроводящих электромагнитов. Затем электроны проходят через серию специальных магнитных полей, которые приводят к излучению когерентных рентгеновских лучей. Электроны затем отводятся, и получается рентгеновский лазер, пульсирующий миллион раз в секунду. Он работает в 8000 раз быстрее и в 10 000 раз ярче своего предшественника. Скорость первого в мире жесткого рентгеновского лазера на свободных электронах LCLS, запущенного в 2009 году, составляла 120 рентгеновских импульсов в секунду.
Министр энергетики США Дженнифер Грэнхольм заявила, что модернизация сверхмощного рентгеновского лазера LCLS-II позволит осветить самые маленькие и быстрые явления во Вселенной и приведет к значительным открытиям в различных областях, от человеческого здоровья до квантового материаловедения.
