Laser à rayons X qui émet l’impulsion la plus puissante jamais vue !

Récemment, des scientifiques du laboratoire national d'accélération du SLAC ont réalisé une avancée majeure dans le domaine de la recherche scientifique. Ils ont utilisé l'installation Linear Accelerator Coherent Light Source (LCLS-II) en Californie pour lancer avec succès l'impulsion de rayons X la plus puissante à ce jour.
La durée de cette impulsion était si courte qu’en seulement 4,4 trillionnièmes de seconde (attosecondes), elle a généré près d’un térawatt d’énergie - 1,000 fois plus que la production annuelle moyenne d’énergie d’une centrale nucléaire.
Le LCLS-II est une version améliorée de la Linear Coherent Light Source, hébergée au SLAC National Accelerator Laboratory du département américain de l'énergie, à côté de l'université de Stanford à Menlo Park, en Californie. L'appareil utilise la technologie laser à électrons libres pour accélérer un faisceau d'électrons à une vitesse proche de celle de la lumière et faire osciller le faisceau à travers une série de champs magnétiques pour émettre des rayons X intenses. Ces rayons X peuvent être utilisés pour imager de minuscules objets, tels que des molécules, afin d'observer les interactions entre les atomes qui les composent.
Le LCLS-II peut émettre jusqu'à un million d'impulsions de rayons X par seconde, soit 8 3 fois plus que les lasers LCLS précédents. En combinant la fréquence d'impulsions accrue avec le nombre accru d'électrons par impulsion, le nouveau dispositif est plus de 10 5 fois plus lumineux que son prédécesseur.
Le LCLS-II peut notamment émettre jusqu'à 1 million d'impulsions de rayons X par seconde, soit 8 4 fois plus que le laser LCLS précédent. Grâce à la fréquence d'impulsions accrue et au nombre plus élevé d'électrons par impulsion, le nouveau dispositif est plus de 10 6 fois plus lumineux que son prédécesseur. De plus, le dispositif peut produire des impulsions courtes allant de 7 femtosecondes à 250 femtosecondes pour les rayons X de faible énergie, et est même capable de créer des impulsions très courtes de moins de 10 femtosecondes.
Grâce à des longueurs d'onde aussi courtes, des impulsions aussi courtes et des répétitions rapides de lasers, les scientifiques peuvent utiliser l'appareil pour observer les réactions chimiques en cours. Essentiellement, chaque impulsion peut imager la configuration des atomes impliqués dans la réaction, et ces images peuvent ensuite être enchaînées pour créer un effet similaire à un « film de claymation » moléculaire. En 2018, l'installation LCLS a réussi à produire un film de la vision humaine et des processus chimiques impliqués dans la photosynthèse en seulement 1 2 femtosecondes.
Le LCLS-II permet non seulement de prendre des images d'objets minuscules, mais il offre également une précision allant jusqu'à 1 angström (10^{-10 mètres). Cette capacité permettra aux chercheurs d'approfondir les processus atomiques dans des domaines allant des systèmes biologiques au photovoltaïque et aux piles à combustible. Dans le même temps, le dispositif laser aidera également les scientifiques à explorer plus avant des phénomènes physiques tels que la supraconductivité, la ferroélectricité et le magnétisme.
L'un des éléments clés de la mise à niveau est l'installation d'une technologie révolutionnaire. Alors que les pédales d'accélérateur précédentes fonctionnaient à température ambiante, le LCLS-II amélioré utilise un ensemble de pédales d'accélérateur supraconductrices, ce qui lui permet de fonctionner à des températures aussi basses que près du zéro absolu (-456 degré F ou -271 degré .) Le LCLS-II dispose également de meilleurs aimants pour faire pivoter le faisceau d'électrons.
Bien que le LCLS-II ne soit qu'à peine opérationnel, le succès des premières pédales d'accélérateur du LCLS a donné aux chercheurs des raisons d'être optimistes. Plus de 3 000 scientifiques ont utilisé l'installation et publié plus de 1 450 articles. Les applications futures de ce puissant émetteur d'impulsions de rayons X sont prometteuses et devraient apporter de nouvelles perspectives et avancées dans le domaine de la recherche scientifique.