Sau nhiều năm phát triển và đầu tư hơn 1.1 tỷ đô la, tia laser tia X mạnh nhất thế giới hiện đã đi vào hoạt động, đánh dấu bước nhảy vọt vượt bậc về khả năng quan sát các vật thể ở quy mô nguyên tử của chúng ta.
Được vận hành bởi Phòng thí nghiệm Máy gia tốc Quốc gia SLAC thuộc Bộ Năng lượng Hoa Kỳ, tia laser tia X mang tính đột phá này phát ra tốc độ đáng kinh ngạc là một triệu vụ nổ mỗi giây— một mức tăng đáng kể so với thiết bị tiền nhiệm của nó, vốn chỉ quản lý được 120 vụ nổ mỗi giây. Hơn nữa, mỗi chùm tia laser này còn sáng hơn tới 10,000 lần, hứa hẹn một kỷ nguyên khám phá khoa học mới.
LCLS-II XFEL: tia laser tia X mạnh nhất
LCLS-II XFEL (Laser điện tử tự do tia X) là tên của cỗ máy đặc biệt này và nó hoạt động bằng cách làm lạnh các electron đến nhiệt độ lạnh hơn không gian sâu và sau đó đẩy chúng đến gần tốc độ ánh sáng. Đây là phiên bản nâng cấp của một thiết bị được thiết kế để chụp ảnh có độ phân giải cao của các vật thể cực nhỏ ở khoảng thời gian cực nhanh.
Các tia laser điện tử không có tia X, như LCLS-II, tạo ra các xung ánh sáng tia X cực sáng và cực ngắn, cho phép các nhà khoa học quan sát hành vi của các phân tử, nguyên tử và electron với độ chính xác chưa từng có trong khoảng thời gian tự nhiên của các phản ứng hóa học các quá trình sinh học và biến đổi vật chất. Phiên bản trước của công nghệ này cho phép các nhà nghiên cứu chụp ảnh virus, tái tạo các điều kiện ở lõi sao, tạo ra trạng thái nóng hơn lõi Trái đất, tạo ra âm thanh chói tai và mô phỏng loại “mưa kim cương” có thể xảy ra trên các hành tinh như Sao Hải Vương.
LCLS-II hoạt động trên các nguyên tắc cơ bản giống như người tiền nhiệm của nó nhưng có một số nâng cấp đáng chú ý. Cải tiến đáng kể nhất là hệ thống làm mát, dựa trên dãy 37 mô-đun lạnh để hạ nhiệt độ của thiết bị xuống -271°C, ngay trên Độ Không Tuyệt đối (-273.15°C). Chất làm mát helium lỏng lưu thông qua các mô-đun này từ hai thiết bị đông lạnh helium lớn. Ở nhiệt độ lạnh giá như vậy, các khoang kim loại niobi bên trong các mô-đun trở nên siêu dẫn, cho phép các electron chạy qua chúng mà không gặp bất kỳ lực cản nào.
Nó có công dụng gì?
Các ứng dụng của tia laser X-quang này rất đa dạng và sâu rộng. Nó có thể ghi lại các đoạn phim thời gian thực về các phản ứng hóa học, chẳng hạn như quá trình quang hợp và hỗ trợ phân tích cấu trúc của các phân tử phức tạp. Ngoài ra, nó có thể góp phần phát triển máy tính lượng tử.
Bộ trưởng Năng lượng Hoa Kỳ Jennifer Granholm ca ngợi thành tựu này, nói rằng ánh sáng từ LCLS-II của SLAC sẽ chiếu sáng những hiện tượng nhỏ nhất và nhanh nhất trong vũ trụ, dẫn đến những khám phá quan trọng trên nhiều lĩnh vực khác nhau, từ sức khỏe con người đến khoa học vật liệu lượng tử. Bản nâng cấp này đảm bảo rằng Hoa Kỳ vẫn đi đầu trong khoa học tia X, cung cấp những hiểu biết sâu sắc về hoạt động ở cấp độ nguyên tử của thế giới chúng ta.
Tóm lại, việc kích hoạt LCLS-II XFEL báo trước một kỷ nguyên mới về khám phá khoa học và tiếp thu kiến thức, nhờ khả năng vô song của nó trong việc nắm bắt những khía cạnh nhỏ nhất và thoáng qua nhất trong vũ trụ của chúng ta.