Laser sinar-X paling terang di dunia hampir selesai

Ilmuwan di dDivisi Laboratorium Akselerator Nasional SLAC Energy memberikan sentuhan akhir pada apa yang akan menjadi laser paling terang di dunia. disebut Linac Coherent Light Source II (LCLS-II)Ini akan menjadi 10.000 kali lebih terang dari laser paling terang sebelumnya, setelah siap digunakan.

Saat ini, dalam pembangunan sekitar 30 kaki (9 meter) di bawah tanah di dekat Universitas Stanford, laser berjanji untuk membantu fisikawan mengungkapkan beberapa hal mendasar yang tidak diketahui tentang alam semesta kita. Laser memanjang sekitar 2 mil (3,2 km) di terowongan yang digali khusus.

pendahulunya, Linac I. Sumber Cahaya Koheren LCLS-I diluncurkan pada tahun 2009 dan mampu menghasilkan sinar yang mampu menghasilkan 120 pulsa cahaya per detik. Namun, LCLS-II memecahkan rekor itu dengan kemampuannya menghasilkan satu juta pulsa per detik.

“Saya pikir sangat adil untuk mengatakan bahwa LCLS-II akan mengantarkan era baru sains,” kata Dr. James Cryan, salah satu ilmuwan di SLAC. CNET dalam tur eksklusif fasilitas baru.

Laser baru “mampu membuat pulsa sepanjang femtosecond. Femtosecond ke detik karena satu detik adalah untuk usia alam semesta.” Kemampuan denyut nadi yang sangat cepat ini akan memungkinkan para ilmuwan untuk melakukan eksperimen yang tidak pernah mereka duga sebelumnya.

Untuk tujuan ini, LCLS-II akan berfungsi sedikit seperti mikroskop tetapi pada tingkat akurasi atom. Inti dari perangkat ini adalah akselerator partikel kuat yang mempercepat partikel bermuatan dan mengarahkannya ke sinar yang sangat kuat.

Sinar ini kemudian akan melewati serangkaian magnet bolak-balik (disebut corrugator) untuk menghasilkan sinar-X. Para ilmuwan dapat menggunakan sinar-X ini untuk menciptakan apa yang mereka sebut “film molekuler”. Anda dapat menganggap ini sebagai potret atom atau molekul yang bergerak yang menangkap setiap “foto” Dalam beberapa sepersejuta detik dan disatukan seperti film.

Pendahulu laser baru lebih lambat untuk mengambil foto-foto ini, namun memungkinkan para ilmuwan dari seluruh dunia untuk membuat penemuan yang sangat menarik dan penting di masa lalu. Ini termasuk hal-hal seperti Amati reaksi kimia yang terjadi, tunjukkan perilaku atom di dalam bintang, dan buat foto langsung yang merinci proses fotosintesis. Kemampuan untuk mengambil gambar pada interval femtosecond dengan laser baru akan sesuai dengan Andrew Borrell, Associate Laboratory Director di SLAC, benar-benar akan menjadi pengubah permainan.

“Jika Anda berpikir tentang cahaya kuat yang padam 120 kali, Anda akan melihat satu gambar. Dan jika padam jutaan kali dalam satu detik, Anda mendapatkan gambar yang jauh berbeda. Jadi Anda bisa membuat film yang jauh lebih baik,” katanya. mengatakan.

Laser baru adalah binatang yang sama sekali berbeda dari pendahulunya

Kecepatan pengambilan gambar LCLS-II bukanlah satu-satunya perbedaan antara laser baru dan pendahulunya.

Sementara kedua perangkat mempercepat elektron mendekati kecepatan cahaya, mereka masing-masing melakukannya secara berbeda. Misalnya, LCLS-I mendorong elektron ke bawah tabung tembaga pada suhu kamar. Ini bagus untuk ledakan singkat, tetapi tidak ideal untuk operasi berkelanjutan.

Di sinilah laser baru masuk dengan sendirinya. Operasi terus menerus dari jenis yang diperlukan untuk LCLS-II menghasilkan banyak panas. Rongga tembaga konvensional, seperti yang digunakan dalam LCLS-I, akan menghilangkan banyak panas ini, jadi para insinyur beralih ke akselerator superkonduktor baru.

Materi baru terdiri dari lusinan perangkat sepanjang 40 kaki (12 m) yang disebut Unit pembekuan yang dirancang untuk beroperasi pada 2 derajat di atas nol mutlak (-456 derajat Fahrenheit). Itu disimpan pada suhu operasi oleh pabrik kriogenik besar di atas tanah.

Semua kit ini, menurut Cryan, akan memungkinkan ilmuwan SLAC menjawab pertanyaan dasar seperti, “Bagaimana transfer energi terjadi dalam sistem molekuler? Bagaimana transfer muatan terjadi?”
“Setelah kita memahami beberapa prinsip ini, kita dapat mulai menerapkannya untuk memahami bagaimana kita dapat melakukan fotosintesis buatan, dan bagaimana kita dapat membangun sel surya yang lebih baik,” lanjutnya.

Ilmuwan SLAC berharap dapat menyalakan laser baru di tahun baru, dan berharap dapat menghasilkan sinar-X pertama di musim panas. Akan menarik untuk melihat rahasia alam semesta apa yang akan diungkapkan LCLS-II pada tahun 2022 dan seterusnya.