Wissenschaftler am DDie Abteilung des SLAC National Accelerator Laboratory von Energy gibt dem, was der hellste Laser der Welt werden wird, den letzten Schliff.genannt die Linac Coherent Light Source II LCLS-II, es wird 10.000 Mal heller sein als der hellste Laser vor ihm, sobald er betriebsbereit ist.
Derzeit wird der Laser etwa 9 Meter unter der Erde in der Nähe der Stanford University gebaut und verspricht, Physikern dabei zu helfen, einige der grundlegenden Unbekannten unseres Universums zu entschlüsselnausgehobener Tunnel.
Sein Vorgänger, Linac kohärente Lichtquelle I LCLS-I ging 2009 live und ist in der Lage, einen Strahl zu erzeugen, der 120 Lichtpulse pro Sekunde erzeugen kann. LCLS-II jedoch bricht diesen Rekord, indem es 1 Million Pulse pro Sekunde erzeugen kann.
"Ich denke, es ist absolut fair zu sagen, dass das LCLS-II eine neue Ära der Wissenschaft einläuten wird", sagte Dr. James Cryan, ein Mitarbeiter des SLAC.CNET in einer exklusiven Tour durch die neue Anlage.
Der neue Laser ist "in der Lage, Pulse bis unter eine Femtosekunde zu erzeugen. Eine Femtosekunde entspricht einer Sekunde wie die Sekunde dem Alter des Universums." Diese enorm schnelle Pulsfähigkeit wird es Wissenschaftlern ermöglichen, Experimente durchzuführen, die noch nie zuvor gemacht wurdenfür möglich gehalten.
Zu diesem Zweck wird LCLS-II ein bisschen wie ein Mikroskop funktionieren, aber mit atomarer Auflösung. Das Herzstück des Geräts ist ein leistungsstarker Teilchenbeschleuniger, der geladene Teilchen beschleunigt und in einen sehr starken Strahl bündelt.
Dieser Strahl wird dann durch eine Reihe von abwechselnden Magneten sogenannter Undulator laufen, um Röntgenstrahlen zu erzeugen. Wissenschaftler können diese Röntgenstrahlen verwenden, um sogenannte "Molekularfilme" zu erstellen. Sie können sich diese als Schnappschüsse von Atomen vorstellenoder Moleküle in Bewegung, die jedes "Bild" einfangeninnerhalb weniger Billiardstel Sekunden und aneinandergereiht wie ein Film.
Der Vorgänger des neuen Lasers Obwohl diese Schnappschüsse langsamer gemacht wurden, konnten Wissenschaftler aus der ganzen Welt in der Vergangenheit sehr interessante und wichtige Entdeckungen machen. Dazu gehörten Dinge wie Beobachten chemischer Reaktionen während des Ablaufs, Demonstrieren des Verhaltens von Atomen in Sternen und Erstellen von Live-Schnappschüssen, die den Prozess der Photosynthese detailliert beschreiben. Die Fähigkeit, mit dem neuen Laser Bilder in Femtosekunden-Intervallen aufzunehmen, wird gemäß Andrew Burrill, SLAC Associate Lab Director, sei ein echter Gamechanger.
"Wenn Sie an ein Stroboskop denken, das 120 Mal ausgeht, sehen Sie ein Bild. Wenn es in einer Sekunde eine Million Mal ausgeht, erhalten Sie ein ganz anderes Bild. So können Sie einen viel besseren Film erstellen", ersagt.
Der neue Laser ist ein ganz anderes Biest als sein Vorgänger
Die Geschwindigkeit, mit der der LCLS-II Schnappschüsse machen kann, ist nicht der einzige Unterschied zwischen dem neuen Laser und seinem Vorgänger.
Während beide Geräte Elektronen auf beschleunigen fast die Lichtgeschwindigkeit, jeder macht es auf unterschiedliche Weise. Der LCLS-I z. B. drückt bei Raumtemperatur Elektronen durch ein Kupferrohr. Das ist gut für kurze Bursts, aber nicht ideal für den Dauerbetrieb.
Hier kommt der neue Laser jedoch ins Spiel. Dauerbetrieb, wie er beim LCLS-II benötigt wird, erzeugt viel Wärme. Herkömmliche Kupferhohlräume, wie sie in LCLS-I verwendet werden, würden zu viel dieser Wärme abführen,Also wandten sich die Ingenieure einem neuen supraleitenden Beschleuniger zu.
Das neue Material besteht aus Dutzenden von 12 m langen Geräten namens Kryomodule, die bei zwei Grad über dem absoluten Nullpunkt -456 Grad Fahrenheit betrieben werden. Sie werden von einer massiven oberirdischen Kryoanlage auf Betriebstemperatur gehalten.
All dieses Kit wird laut Cryan es SLAC-Wissenschaftlern ermöglichen, grundlegende Fragen zu beantworten wie: "Wie erfolgt der Energietransfer in molekularen Systemen? Wie findet der Ladungstransfer statt?"
"Sobald wir einige dieser Prinzipien verstanden haben, können wir damit beginnen, sie anzuwenden, um zu verstehen, wie wir künstliche Photosynthese betreiben können, wie wir bessere Solarzellen bauen können", fährt er fort.
SLAC-Wissenschaftler hoffen, den neuen Laser im neuen Jahr einschalten zu können und hoffen, im Sommer die ersten Röntgenstrahlen erzeugen zu können. Es wird interessant sein zu sehen, welche Geheimnisse des Universums LCLS-II im Jahr 2022 enthüllen wird unddarüber hinaus.