В Национальной ускорительной лаборатории SLAC в США, оператором которой является Стэнфордский университет, создали рентгеновский лазер LCLS-II (Linac Coherent Light Source). Эта установка — модернизированный вариант лазера LCLS, мощность которой выросла в 8 тыс. раз до 1 млн раз в секунду. Проект по модернизации стартовал в 2010 году, его стоимость составила 1,1 млрд долларов.
Научные исследования на LCLS-II начнут уже в ближайшее время, и ученые заняли очередь для проведения работ на установке. Она будет востребована в материаловедении, геологии, биохимии, фармакологии и квантовой физике. Установка позволит создать первый в истории «молекулярный фильм» для понимания сложных химических процессов, наблюдать в реальном времени за тем, как растения и водоросли поглощают солнечный свет для производства кислорода, которым мы дышим, а также изучить экстремальные условия, возникающие во время эволюции планет и таких странных явлений, как алмазный дождь.
Первый в мире рентгеновский лазер LSCL начал работу в SLAC в 2009 году. Разгоняя электроны, он выдавал частоту 120 импульсов в секунду. Ими бомбардировали мишень и таким образом получали сведения о его строении на уровне атомов и молекул. Энергия и частота импульсов прямо пропорциональны точности получаемых данных.
Прежняя установка представляла собой медный волновод. Новая получила ускорители на сверхпроводниках, работающие при низких температурах, что позволило увеличить энергию и частоту импульсов. Теперь ученые могут на квантовом уровне в реальном времени следить за быстро происходящими химическими реакциями.
— Это достижение знаменует собой кульминацию более чем десятилетней работы, — говорит директор проекта LCLS-II Грег Хейс. — Оно показывает, что различные элементы LCLS-II работают согласованно, производя рентгеновский лазерный свет в совершенно новом режиме работы.
Сверхпроводящий ускоритель будет работать параллельно с существующим ускорителем, позволяя исследователям проводить наблюдения в более широком диапазоне энергий, делать подробные снимки быстрых процессов, исследовать хрупкие образцы, недоступные другим методам, и собирать больше данных за меньшее время, значительно увеличивая количество экспериментов, которые можно проводить на установке.
По прогнозам, потенциал расширенного рентгеновского лазера для наблюдения внутренней структуры и свойств вещества на атомном и молекулярном уровнях приведет к прорывам в разработке новых материалов с уникальными свойствами, которые окажут влияние на целый ряд отраслей, от электроники до хранения энергии и аэрокосмической промышленности.
