O nouă eră a științei! Cel mai puternic laser cu raze X din lume a fost pornit

Cea mai puternică mașinărie cu raze X din lume a produs primele sale raze X de nivel record, performanță ce va permite oamenilor de știință să observe atomi, molecule și reacții chimice în detalii fără precedent.

Mașinăria, laserul cu raze X Linac Coherent Light Source II (LCLS-II) de la Laboratorul SLAC Național de Accelerare din California, SUA, a finalizat recent un proces de actualizare început în urmă cu mai bine de un deceniu. Razele X generate acum sunt, în medie, de 10.000 de ori mai strălucitoare decât cele generate de instrumentele originale de la LCLS.

• De ce azbestul încă apare în unele produse cosmetice?
• Oamenii de știință au creat cele mai subțiri spaghete din lume

Instrumentul LCLS produce raze X printr-un proces complex ce implică lasere, electroni, microunde și magneți. Mai întâi, cercetătorii folosesc laserul UV pentru a extrage electroni dintr-o placă de cupru înainte să-i accelereze cu un dispozitiv ce emite pulsații intense de microunde. Electronii se deplasează apoi printr-un labirint compus din mii de magneți.

Asta îi face „să se clatine” și să emită raze X în explozii previzibile și controlate. Cercetătorii direcționează aceste pulsații pe obiecte și materiale astfel încât să le observe structura internă. Razele X de aici sunt de un cvadrilion de ori mai strălucitoare decât cele folosite în scopuri medicale.

Magneții din labirint au trebuit să fie calibrați cu mare precizie

Razele X produse de LCLS-II sunt atât de puternice pentru că echipa SLAC a renovat tubul metalic lung de 3 kilometri prin care se deplasează electronii cu un înveliș de niobiu (Nb). Acest metal rezistă la expunerea cu electroni extrem de energetici atunci când este aplicată o răcire de aproximativ minus 271 de grade Celsius. Pentru a răci tubul, echipa a trebuit să instaleze o centrală criogenică uriașă în subteran.

Au existat, de asemenea, multe alte provocări inginerești. Magneții din labirint au trebuit să fie calibrați cu mare precizie pentru ca pulsațiile de raze X să aibă forma corectă, a explicat Mike Dunne de la SLAC. „Fiecare parte din acest sistem a trebuit să funcționeze cum trebuie în același timp”, a spus Dunne.

Primul LCLS, considerat o „bestie zgomotoasă și instabilă”

El și colegii săi au început să trimită electroni prin tunelul de niobiu în septembrie 2022. În ultimele 12 luni, cercetătorii au continuat să calibreze fiecare piesă a mașinăriei și i-au crescut treptat capacitatea.

„A fost incredibil de observat această nouă tehnică distructivă dar puternică pentru observarea naturii în acțiune. Au fost mulți sceptici la început care spuneau că această bestie zgomotoasă și instabilă, primul LCLS, nu va duce niciodată la noi [descoperiri] științifice. Acum, mai bine de un deceniu mai târziu, folosirea acestor raze X ne-a permis să privim în detaliu fără precedent cum au loc procesele biochimice la scară atomică”, a precizat Nadia Zatsepin, de la Universitatea La Trobe din Australia.

Zatsepin a adăugat că LCLS-II va permite cercetătorilor să facă „filme moleculare” cu procesele din biologie precum viziunea mamiferelor, fotosinteza, reglarea genetică și formarea proteinelor sau a celulelor.

„Este un instrument științific foarte vast”

Abilitatea mașinăriei de a produce nu doar raze X strălucitoare, dar atât de multe raze X într-un timp extrem de scurt va permite oamenilor de știință să vadă ce se întâmplă la interiorul materialelor importante din punct de vedere tehnologic, cum ar fi cele folosite în dispozitive artificiale pentru fotosinteză sau următoarea generație de semiconductoare. Astfel, mai multe materiale exotice neînțelese la nivel cuantic ar putea fi dezvăluite prin analizarea cu razele X de la LCLS-II.

„Este un instrument științific foarte vast, asemenea unui microscop puternic ce poate vedea totul de la materiale cuantice la sisteme biologice și fizica atomică, iar noi vom observa toate acestea și multe altele”, a mai spus Mike  Dunne.

Vă recomandăm să mai citiți și:

Misiunea Artemis II intră în faza finală! Ultimele pregătiri la cea mai puternică rachetă construită vreodată

Marea Erupție din anii 1840, revizitată de Observatorul Chandra cu raze X

Noi imagini spectaculoase făcute cu ajutorul Observatorului Chandra cu raze X

O nouă tehnologie revoluționară. Cel mai puternic laser cu raze X din lume este mai rece decât spațiul cosmic