Nagrają reakcję chemiczną na poziomie atomowym. Laser LCLS-II wyemituje milion impulsów na sekundę

Ood 2009 roku naukowcy korzystają z lasera rentgenowskiego LCLS (skrót od Linac Coherent Light Source), który pozwala im emitować nawet 120 impulsów promieniowania rentgenowskiego na sekundę. To jednak nic w porównaniu z instrumentem, którego budowa właśnie zbliża się do końca.

LCLS-II jest naturalnym rozwinięciem koncepcji LCLS stworzonym przez Wydział Energii Narodowego Laboratorium Liniowego Akceleratora SLAC nieopodal Uniwersytetu Stanforda. Całe urządzenie budowane jest na głębokości dziesięciu metrów i ma długość czterej kilometrów.

LCLS-II będzie w stanie emitować nawet milion impulsów promieniowania na sekundę i co ważne, każdy impuls będzie 10 000 razy silniejszy od tych emitowanych przez LCLS.

Jak przekonują naukowcy budowany właśnie akcelerator może zrewolucjonizować nie jedną dziedzinę nauki. Urządzenie zdolne będzie do emitowania impulsów na poziomie femtosekundy. Jeżeli ktokolwiek ma problem z uzmysłowieniem sobie czym jest femtosekunda, to wystarczy powiedzieć, że jedna femtosekunda w porównaniu do sekundy jest tym, czym sekunda jest w porównaniu do wieku wszechświata.

Co do zasady działania, LCLS-II będzie przypominał akcelerator cząstek. Przyspieszane przez niego cząstki będą kierowane do wąskiego strumienia przechodzącego w pobliżu serii magnesów. Obecność magnesów jest niezbędna do emisji promieni rentgenowskich. To właśnie te promienie będą tworzyły swego rodzaje filmy, na których naukowcy będą mogli rejestrować zachowanie atomów i cząsteczek w skali biliardowych części sekundy. Obrazy stworzone przez taki akcelerator będą następnie łączone w film ukazujący ruch atomów i cząsteczek, np. podczas reakcji chemicznych, niezależnie od tego czy mowa o procesie fotosyntezy, czy też o procesach zachodzących we wnętrzach gwiazd.

Różnica między filmami stworzonymi przez LCLS a tymi, które wkrótce stworzy jego następca będzie ogromna. Wszak wystarczy zobaczyć jak miłośnicy technologii zachwycają się obrazem i jakością animacji na telefonie wyposażonym w ekran odświeżany z częstotliwością 120 Hz (zamiast standardowych 60 Hz). Tutaj przeskoczymy z filmu 120 kl./s na 1000000 kl.s/. Dzięki temu - jak przekonują inżynierowie - po raz pierwszy w historii będziemy w stanie odpowiedzieć na pytanie o to jak zachodzi transfer energii między cząsteczkami czy jakie jest jego tempo. Wiedza ta z kolei pozwoli udoskonalić procesy sztucznej fotosyntezy, a tym samym produkować wydajniejsze panele słoneczne.

Pierwsze obrazy rentgenowskie z LCLS-II powinniśmy zobaczyć już latem 2022 r. Jest na co czekać.