Il laser a raggi X più luminoso del mondo sta per essere completato

Scienziati a dLa divisione SLAC National Accelerator Laboratory di Energy sta dando gli ultimi ritocchi a quello che diventerà il laser più luminoso del mondo. chiamato Linac Coherent Light Source II (LCLS-II)Sarà 10.000 volte più luminoso del laser più luminoso di prima, una volta pronto per l’uso.

Attualmente, in costruzione a circa 30 piedi (9 metri) sotto terra vicino alla Stanford University, il laser promette di aiutare i fisici a rivelare alcune incognite fondamentali sul nostro universo. Il laser si estende per circa 2 miglia (3,2 km) in un tunnel appositamente scavato.

il suo predecessore, Linac I. Sorgente luminosa coerente LCLS-I è stato lanciato nel 2009 ed è in grado di generare un raggio capace di 120 impulsi di luce al secondo. Tuttavia, l’LCLS-II batte quel record con la sua capacità di produrre un milione di impulsi al secondo.

“Penso che sia perfettamente giusto dire che LCLS-II inaugurerà una nuova era della scienza”, ha affermato il dott. James Cryan, uno degli scienziati dello SLAC. CNET in un tour esclusivo della nuova struttura.

Il nuovo laser è “in grado di emettere impulsi fino a un femtosecondo. Un femtosecondo in un secondo perché un secondo è per l’età dell’universo”. Questa capacità di impulso estremamente veloce consentirà agli scienziati di eseguire esperimenti che non avrebbero mai pensato possibili.

A tal fine, LCLS-II funzionerà un po’ come un microscopio ma con una precisione a livello atomico. Al centro del dispositivo c’è un potente acceleratore di particelle che accelera le particelle cariche e le dirige in un raggio molto potente.

Questo raggio passerà quindi attraverso una serie di magneti alternati (chiamati ondulatori) per produrre i raggi X. Gli scienziati possono usare questi raggi X per creare ciò che chiamano “film molecolari”. Puoi pensare a queste come istantanee di atomi o molecole in movimento che catturano ogni “foto” In pochi milionesimi di secondo e ammassati insieme come un film.

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Il predecessore del nuovo laser era più lento a scattare queste istantanee, ma ha permesso agli scienziati di tutto il mondo di fare scoperte molto interessanti e importanti in passato. Questo includeva cose come Osserva le reazioni chimiche mentre accadono, mostra il comportamento degli atomi all’interno delle stelle e produci istantanee dal vivo che descrivono in dettaglio il processo di fotosintesi. La capacità di scattare foto a intervalli di femtosecondi con il nuovo laser sarà secondo Andrew Borrell, Associate Laboratory Director presso SLAC, cambierà davvero le regole del gioco.

“Se pensi a una luce forte che si spegne 120 volte, vedrai un’immagine. E se si spegne un milione di volte in un secondo, ottieni un’immagine molto diversa. Quindi puoi fare un film molto migliore”, ha dice.

Il nuovo laser è una bestia completamente diversa dal suo predecessore

La velocità con cui l’LCLS-II può scattare foto non è l’unica differenza tra il nuovo laser e il suo predecessore.

Sebbene entrambi i dispositivi accelerino gli elettroni quasi alla velocità della luce, ciascuno lo fa in modo diverso. Ad esempio, LCLS-I spinge gli elettroni in un tubo di rame a temperatura ambiente. Questo va bene per brevi raffiche, ma non è l’ideale per il funzionamento continuo.

È qui che entra in gioco il nuovo laser. Il funzionamento continuo del tipo richiesto per LCLS-II genera una grande quantità di calore. Le cavità di rame convenzionali, utilizzate nell’LCLS-I, rimuoverebbero gran parte di questo calore, quindi gli ingegneri si sono rivolti a un nuovo acceleratore superconduttore.

Il nuovo materiale è costituito da dozzine di dispositivi da 40 piedi (12 m) chiamati Unità di congelamento progettate per funzionare a 2 gradi sopra lo zero assoluto (-456 gradi Fahrenheit). Viene mantenuto alla temperatura di esercizio da un enorme impianto criogenico fuori terra.

Tutto questo kit, secondo Cryan, consentirà agli scienziati SLAC di rispondere a domande di base come “Come avviene il trasferimento di energia all’interno dei sistemi molecolari? Come avviene il trasferimento di carica?”
“Una volta compresi alcuni di questi principi, possiamo iniziare ad applicarli per capire come possiamo fare la fotosintesi artificiale e come possiamo costruire celle solari migliori”, continua.

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Gli scienziati dello SLAC sperano di poter accendere il nuovo laser nel nuovo anno e sperano di generare i primi raggi X dell’estate. Sarà interessante vedere quali segreti dell’universo LCLS-II rivelerà nel 2022 e oltre.

Agapeto Vecoli

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