Laser rentgenowski został schłodzony tak bardzo, że niełatwo znaleźć dla niego konkurencję. Jak go wykorzystać?

Nadprzewodnikowy akcelerator cząstek schłodzony do wartości tuż powyżej zera absolutnego osiągnął temperaturę niższą od przestrzeni kosmicznej. Ale co to daje w praktyce?

Dzięki temu możliwe jest uzyskanie nadprzewodnictwa oraz pojawia się możliwość przesyłania wysokoenergetycznych elektronów przy niemal zerowej utracie energii. Unowocześniony laser rentgenowski, znany jako Linac Coherent Light Source (LCLS), ma być wykorzystywany do zbierania informacji na temat procesów chemicznych. Dzięki niemu możliwe będzie uwiecznianie atomów i cząsteczek w błyskawicznym tempie.

Czytaj też: Tak wygląda wszechświat w promieniowaniu rentgenowskim. To pierwszy obraz w wykonaniu nowego teleskopu

LCSL-II, bo tak nazywa się ta zmodyfikowana wersja, ma wytwarzać impulsy 10 000 razy jaśniejsze niż dotychczas i to do miliona razy na sekundę. Przy podobnym zużyciu energii unowocześniony laser rentgenowski będzie emitował impulsy w tempie 10 000 razy wyższym niż w przypadku LCSL. Za tym przełomowym osiągnięciem stoją naukowcy związani ze SLAC (Stanford Linear Accelerator Center), czyli placówki podlegającej pod Uniwersytet Stanforda.

Laser rentgenowski LCLS-II jest unowocześnioną wersją LCLS

Co ciekawe, kiedy już LCLS-II wytworzy pierwsze promieniowanie rentgenowskie, co według zapowiedzi powinno stać się jeszcze w tym roku, oba lasery będą pracować równolegle. Dzięki temu naukowcy będą w stanie prowadzić eksperymenty w szerszym zakresie energii, rejestrować szczegółowe obrazy ukazujące ultraszybkie procesy, sondować nawet delikatne próbki i gromadzić większe ilości danych w krótszym czasie. W konsekwencji badacze będą mogli prowadzić znacznie więcej zróżnicowanych eksperymentów.

W ciągu zaledwie kilku godzin LCLS-II wyemituje więcej impulsów promieniowania rentgenowskiego niż obecny laser wygenerował w ciągu całego swojego funkcjonowania. Dane, których zebranie mogło kiedyś zająć miesiące, będą mogły być uzyskane w ciągu kilku minut. Wyniesie to naukę o promieniowaniu rentgenowskim na wyższy poziom, torując drogę dla zupełnie nowego zakresu badań i zwiększając naszą zdolność do opracowywania rewolucyjnych technologii, które pozwolą nam stawić czoła jednym z najpoważniejszych wyzwań stojących przed społeczeństwem.

wyjaśnia Mike Dunne

Czytaj też: Mechanika kwantowa i mutacje DNA – co je łączy?

Po tym, jak udało się osiągnąć odpowiednią temperaturę, naukowcy zamierzają zasilić urządzenie ponad jednym megawatem mocy, aby przyspieszyć wiązkę elektronów. Ta, przechodząc przez kolejne elementy, będzie mogła pobierać energię z mikrofal, dzięki czemu po przejściu przez wszystkie 37 kriomodułów elektrony będą poruszać się z prędkością zbliżoną do prędkości światła. W następnym kroku zostaną skierowane przez synchrotrony, co zmusi wiązkę elektronów do poruszania się po zygzakowatej ścieżce. O ile wszystko pójdzie zgodnie z planem, to ostatecznie elektrony wyemitują najpotężniejsze na świecie wybuchy promieniowania rentgenowskiego.