Atomokat néznek a világ legerősebb röntgenlézerével

Hivatalosan is munkába állt a világ legerősebb röntgenlézere, amelynek segítségével az emberi hajszálnál tízezerszer kisebb molekulák kémiai reakcióiról készülhetnek pillanatfelvételek.

A Stanford Egyetem Lineáris Részecskegyorsító Központjában (SLAC), mélyen a földfelszín alatt húzódó 3 kilométer hosszú lineáris részecskegyorsítóban építették meg azt az új röntgenlézert, amely a lézersugárhoz hasonló, de annál sokkal rövidebb hullámhosszú, úgynevezett koherens röntgensugárzást hoz létre. Az LCLS, azaz a lineáris részecskegyorsítóban létrehozott koherens fényforrás hullámhossza 0,15 és 1,5 nanométer (1 nanométer a méter milliárdod része) közé esik. Ezzel a hullámhosszal már atomi szinten lehet megfigyeléseket végezni.

Amíg a fénylézerek fotonjait gerjesztett atomok bocsátják ki, addig a sokkal nagyobb energiájú röntgenfotonokhoz sokszorosan ionizált atomok szükségesek. Ilyen röntgenlézer-alapanyag például neonszerű titánion, vagy a nikkelszerű palládiumion. Ez azt jelenti, hogy ezek az ionok annyi elektront tartalmaznak, mint az elektromosan semleges neon-, illetve nikkelatom.

A hét elején átadott új röntgenlézer terve először 1992-ben látott napvilágot. A kivitelezéshez szükséges tervezések és fejlesztéseket követően a berendezés építése 2006-ban kezdődött. A körülbelül 350 szakmunkás és ugyanennyi kutató erőfeszítései tavaly év elején hoztak eredményt. Az első lézersugarat áprilisban sikerült létrehozni, az első kísérletek néhány hónappal később kezdődhettek el.

A 420 millió dolláros (91 milliárd forintos) költséggel épült LCLS belsejében mindössze egy ceruza vastagságú fémcső található, amelyet a fény terjedési irányának megfelelően úgy kellett rögzíteni, hogy még a Föld természetes görbületéből adódó torzítást is ellensúlyozzák. A lézersugár tökéletes, akadálymentes terjedéséhez a csőből a levegőt is kiszivattyúzták, valamint a hőingadozásból eredő alakváltozások kiküszöbölését az alagút állandó hőmérsékleten tartásával oldották meg.

A hagyományos, orvosi célra használt röntgensugaraknál több milliószor fényesebb röntgenlézer leginkább egy gyorsan villogó stroboszkóphoz hasonlítható, amely a kémiai reakciók és más folyamatok elemzését atomi méretekben teszi lehetővé, valamint ezekről akár filmfelvételeket, háromdimenziós képeket is készíthetnek a kutatók.

Illusztráció: a röntgenlézert bonyolult molekulák atomi szerkeztének megállapítására is használhatják

A röntgenlézer hivatalos átadását már nagyon várta a tudományos közösség, amely 2009-ben az év legjelentősebb tudományos áttörései közé sorolta a műszer megépítését. Jelenleg több mint 850 pályázat érkezett nemzetközi szakemberektől, akik mind abban reménykednek, hogy valamikor ők is lehetőséget kapnak az eszköz használatára.

Az LCLS-ről további információk a http://www-public.slac.stanford.edu/lcls/aboutlcls.aspx címen olvashatók.