Найпотужніший у світі рентгенівський лазер буде покращено: чому це важливо для нових технологій

Міністерство енергетики США дало добро на модернізацію найпотужнішого рентгенівського лазера на вільних електронах під назвою Linac Coherent Light Source (LCLS). Вона розташована під землею в Національній прискорювальній лабораторії SLAC, штату Каліфорнія. Після поліпшення лазера вчені зможуть вивчити секрети найдрібніших частинок більш детально, ніж будь-коли, пише Live Science.

У Фокус. Технології з'явився свій Telegram-канал. Підписуйтесь, щоб не пропускати найсвіжіші та найзахопливіші новини зі світу науки!

Найпотужніший рентгенівський лазер у світі

Вчені використовують LCLS для вивчення будівельних блоків Всесвіту, опромінюючи атоми, наноструктури і молекули рентгенівськими променями. Це дає їм змогу аналізувати атомні процеси, які керують тим, як працює світ. Такі лазери на вільних електронах виробляють яскраве світло в неймовірно широкому діапазоні довжин хвиль, з променями, які набагато яскравіші, ніж у інших лазерів.

LCSC працює, прискорюючи електрони до швидкості, яка близька до швидкості світла, а потім концентрує їх через масив магнітів. Таким чином виникають частинки світла фотони в концентрованому, яскравому промені, який висвітлює найдрібніші частинки.

LCLS розташований у підземному тунелі завдовжки 3,2 км. Уперше лазер, використання якого почалося 2009 року, було модернізовано 2023 року. Ця модернізація отримала назву LCLS-II. У результаті промінь лазера став у 10 000 разів яскравішим.

За допомогою найпотужнішого рентгенівського лазера у світі вчені вперше побачили, як утворюються хімічні зв'язки, а минулого року змогли спостерігати в реальному часі етапи фотосинтезу. Використання лазера для досліджень атомного світу дає змогу краще зрозуміти все, від хімічних реакцій до збереження енергії в нових сонячних панелях.

У рамках минулої модернізації було додано новий прискорювач, що дало змогу збільшити швидкість електронів усередині лазера, а для цього було встановлено кріомодулі, за допомогою яких охолоджується шлях проходження частинок майже до абсолютного нуля або мінус 271 градус Цельсія. А це холодніше, ніж у глибокому космосі. Усередині кожного кріомодуля знаходяться радіочастотні порожнини, які після охолодження до неймовірно низьких температур діють як надпровідники для посилення вихідної енергії лазерного променя.

Модернізація рентгенівського лазера LCLS

Нова модернізація лазера отримала назву LCLS-II-HE і вона повинна збільшити в 2 рази енергію, що виробляється пучком вільних електронів LCLS-II. Отже, яскравість лазерного променя зросте в 3 000 разів. Для цього буде потрібно встановити додаткові кріомодулі для підтримки наднизьких температур.

Вчені зможуть візуалізувати рух матеріалів, хімічних систем і біологічних комплексів в атомному масштабі, щоб розв'язати деякі з найважливіших проблем, з якими стикається наше суспільство.

Модернізація лазера обійдеться в 716 мільйонів доларів і значно розширить наукові можливості Національної прискорювальної лабораторії SLAC. Очікується, що модернізація лазера буде завершена до 2030 року, хоча вчені сподіваються провести випробування набагато раніше, щоб продемонструвати весь потенціал лазера.

LCLS використовують для вивчення оптимальних структур для нанотехнологій і наноматеріалів, які, за словами вчених, можуть зіграти важливу роль у поліпшенні технологій відновлюваної енергії та щільності енергії батарей. Також лазер допомагає розширити розуміння біологічних процесів у наномасштабі, що допомагає у створенні більш ефективних ліків.

Як уже писав Фокус, Землю накриє друга найсильніша геомагнітна буря цього року. Вчені прогнозують, що на Землі виникне геомагнітна буря рівня G4, а це вже друга подібна буря з травня цього року.

Також Фокус писав про те, що фізики вважають, що існує п'ята сила, яка керує Всесвітом, яку поки не вдалося виявити. Автори нового дослідження кажуть, що знайти її можна за допомогою навколоземних астероїдів.