Laser de raios X que emite o pulso mais potente de todos os tempos!

Recentemente, cientistas do SLAC National Accelerator Laboratory fizeram um grande avanço no campo da pesquisa científica. Eles utilizaram a instalação Linear Accelerator Coherent Light Source (LCLS-II) na Califórnia para lançar com sucesso o pulso de raios X mais poderoso até o momento.
A duração desse pulso foi tão curta que em apenas 4,4 trilionésimos de segundo (atosegundos) ele gerou quase 1 terawatt de energia - 1,000 vezes mais do que a geração média anual de energia de uma usina nuclear.
O LCLS-II é uma versão atualizada da Linear Coherent Light Source, alojada no SLAC National Accelerator Laboratory do Departamento de Energia dos EUA, adjacente à Universidade de Stanford em Menlo Park, Califórnia. O dispositivo usa tecnologia de laser de elétrons livres para acelerar um feixe de elétrons até próximo da velocidade da luz e oscilar o feixe por uma série de campos magnéticos para emitir raios X intensos. Esses raios X podem ser usados ​​para criar imagens de objetos minúsculos, como moléculas, para observar as interações entre átomos dentro delas.
O LCLS-II pode emitir até um milhão de pulsos de raios X por segundo, 8,000 vezes mais do que os lasers LCLS anteriores. Quando se combina a taxa de pulso aumentada com o número aumentado de elétrons por pulso, o novo dispositivo é mais de 10,000 vezes mais brilhante do que seu antecessor.
Notavelmente, o LCLS-II pode emitir até 1 milhão de pulsos de raios X por segundo, um aumento de 8,000-vezes em relação ao laser LCLS anterior. Combinado com a maior taxa de pulso e maior número de elétrons por pulso, o novo dispositivo é mais de 10,000 vezes mais brilhante que seu antecessor. Além disso, o dispositivo pode produzir pulsos curtos variando de 10-50 femtossegundos, com durações de pulso estendendo-se a 250 femtossegundos para raios X de baixa energia, e é até mesmo capaz de criar pulsos muito curtos de menos de 10 femtossegundos.
Com comprimentos de onda tão curtos, pulsos curtos e repetições rápidas de lasers, os cientistas podem usar o dispositivo para assistir a reações químicas acontecendo. Essencialmente, cada pulso pode criar uma imagem da configuração dos átomos envolvidos na reação, e essas imagens podem então ser encadeadas para criar um efeito semelhante a um "filme de claymation" molecular. Em 2018, a instalação do LCLS produziu com sucesso um filme da visão humana e dos processos químicos envolvidos na fotossíntese em apenas 1,000 femtossegundos.
O LCLS-II não só tem a capacidade de criar imagens de objetos minúsculos, mas também tem uma precisão de até 1 angstrom (10^-10 metros). Essa capacidade permitirá que os pesquisadores se aprofundem em processos atômicos em campos que vão de sistemas biológicos a fotovoltaicos e células de combustível. Ao mesmo tempo, o dispositivo a laser também ajudará os cientistas a explorar ainda mais fenômenos físicos como supercondutividade, ferroeletricidade e magnetismo.
Um dos principais componentes da atualização é a instalação de alguma tecnologia revolucionária. Enquanto os pedais de acelerador anteriores operavam em temperatura ambiente, o LCLS-II atualizado usa um conjunto de pedal de acelerador supercondutor, que permite que ele opere em temperaturas tão baixas quanto perto do zero absoluto (-456 grau F ou -271 grau .) O LCLS-II também tem ímãs melhores para balançar o feixe de elétrons.
Embora o LCLS-II tenha acabado de começar a operar, o sucesso dos primeiros pedais de acelerador LCLS deu aos pesquisadores motivos para otimismo. Mais de 3.000 cientistas usaram a instalação, publicando mais de 1.450 artigos. As aplicações futuras deste poderoso emissor de pulsos de raios X são promissoras e espera-se que tragam novos insights e avanços para o campo da pesquisa científica.