Glavni Novice Temperature, nižje od vesolja, dosežene tukaj na Zemlji s pomočjo superprevodnega rentgenskega laserja

Temperature, nižje od vesolja, dosežene tukaj na Zemlji s pomočjo superprevodnega rentgenskega laserja

Pospeševalnik LCLS-II, kjer so bile dosežene temperature 2 K nad absolutno ničlo.

Pospeševalnik LCLS-II, kjer so bile dosežene temperature 2 K nad absolutno ničlo. (Zasluge za sliko: Greg Stewart/SLAC National Accelerator Laboratory)

Pospeševalec delcev, ki tu na Zemlji zbija elektrone skupaj, je dosegel temperature, nižje od tistih v vesolju.

UporabljatiRentgensko slikanjelaser prostih elektronov na Oddelku za energijo Nacionalni pospeševalni laboratorij SLAC (odpre se v novem zavihku)— del projekta nadgradnje koherentnega svetlobnega vira Linac (LCLS), imenovanega LCLS II — znanstveniki so tekoči helij ohladili na minus 456 stopinj Fahrenheita (minus 271 stopinj Celzija) ali 2kelvini. To je le 2 kelvina nad absolutno ničlo, najnižjo možno temperaturo, pri kateri se preneha vsako gibanje delcev. To ledeno okolje je ključnega pomena za pospeševalnik, saj pri tako nizkih temperaturah stroj postane superprevoden, kar pomeni, da lahko pospeši elektrone skozi njega s približno ničelno izgubo energije.

Tudi prazna področja vesolja niso tako hladna, saj so še vedno napolnjena s kozmičnim mikrovalovnim sevanjem ozadja, ostankom kmalu poVeliki pokki ima enakomerno temperaturo minus 454 F (minus 271 C) ali 3 K.

'Naslednja generacija superprevodnega pospeševalnika rentgenskega laserja prostih elektronov LCLS-II je dosegla delovno temperaturo 2 stopinj nad absolutno ničlo,' je za Live Science povedal Andrew Burrill, direktor Direktorata za pospeševalnike SLAC.

LCLS-II je zdaj pripravljen začeti pospeševati elektrone pri 1 milijonu impulzov na sekundo, kar je svetovni rekord, je dodal.

To je za štiri rede velikosti več impulzov na sekundo kot njegov predhodnik LCLS, kar pomeni, da bomo – v samo nekaj urah – poslali več rentgenskih žarkov uporabnikom [ki jih želijo uporabiti v poskusih], kot je LCLS storil v zadnjih 10 let,' je dejal Burrill.

To je eden od zadnjih mejnikov, ki jih mora LCLS-II doseči, preden lahko nadaljuje s proizvodnjo rentgenskih impulzov, ki so v povprečju 10.000-krat svetlejši od tistih, ki jih je ustvaril njegov predhodnik. To bi moralo pomagati raziskovalcem pri raziskovanju kompleksnih materialov v podrobnostih brez primere. Visoko intenzivni, visokofrekvenčni laserski impulzi omogočajo raziskovalcem, da vidijo, kako elektroni in atomi v materialih medsebojno delujejo z izjemno jasnostjo. To bo imelo številne aplikacije, od pomoči pri razkrivanju, kako naravni in umetni molekularni sistemi pretvarjajo sončno svetlobo v goriva in s tem, kako nadzorovati te procese, do razumevanja temeljnih lastnosti materialov, ki bodo omogočili kvantno računalništvo,« je dejal Burill.

Sorodno: 10 vesoljskih skrivnosti, ki bi jih veliki hadronski trkalnik lahko razvozlal

Mikrovalovi se črpajo skozi ohlajene votline in elektrone pospešijo skoraj do svetlobne hitrosti.

Mikrovalovi se črpajo skozi ohlajene votline in elektrone pospešijo skoraj do svetlobne hitrosti.(Zasluge za sliko: Greg Stewart/SLAC National Accelerator Laboratory)

Ustvarjanje ledenih klim znotraj pospeševalnika je zahtevalo nekaj dela. Da helij ne bi zavrel, je na primer ekipa potrebovala zelo nizke pritiske.

Eric Fauve, direktor kriogenskega oddelka pri SLAC, je za Live Science povedal, da na gladini morja čista voda vre pri 212 F (100 C), vendar se ta temperatura vrelišča spreminja s tlakom. Na primer, v loncu na pritisk je tlak višji in voda vre pri 250 F (121 C), medtem ko je na nadmorski višini obratno, kjer je tlak nižji in voda vre pri nižji temperaturi.

Za helij je zelo podobno. Pri atmosferskem tlaku pa bo helij vrel pri 4,2 kelvina; ta temperatura se bo zmanjšala, če se tlak zmanjša,' je dejal Fauve. 'Da bi znižali temperaturo na 2,0 kelvina, moramo imeti tlak le 1/30 atmosferskega tlaka.'

Da bi dosegli te nizke tlake, skupina uporablja pet kriogenih centrifugalnih kompresorjev, ki stisnejo helij, da ga ohladijo, nato pa pustijo, da se razširi v komori, da zniža tlak, zaradi česar je to eno redkih mest na Zemlja kjer je 2,0 K helij mogoče proizvesti v velikem obsegu.

Fauve je pojasnil, da je vsak hladni kompresor centrifugalni stroj, opremljen z rotorjem/tekačem, podobnim tistemu v turbokompresorju motorja.

Med vrtenjem impeler pospešuje molekule helija in ustvarja vakuum v središču kolesa, kjer se molekule vsesajo, kar ustvarja pritisk na obrobju kolesa, kjer se molekule izvržejo, je dejal.

Animacija prikazuje krioelektrarno pospeševalnika linac, ki ohlaja plin helij v tekočo fazo.

Animacija prikazuje krioelektrarno linijskega pospeševalnika, ki ohlaja plin helij v tekočo fazo.(Zasluge za sliko: Greg Stewart/SLAC National Accelerator Laboratory)

Stiskanje prisili helij, da prevzame svoje tekoče stanje, vendar helij uide v ta vakuum, kjer se hitro širi in se pri tem ohlaja.

Poleg svojih končnih aplikacij je ultrahladni vodik, ustvarjen na LCLS-II, že sam po sebi znanstvena zanimivost.

'Pri 2,0 kelvina helij postane superfluid, imenovan helij II, ki ima izredne lastnosti,' je dejal Fauve. Na primer, prevaja toploto stokrat učinkoviteje kot baker in ima tako nizko viskoznost - ali upor proti pretoku -, da tega ni mogoče izmeriti, je dodal.

Za LCLS-II je 2 kelvina najnižja temperatura, za katero se pričakuje.

'Nižje temperature je mogoče doseči z zelo specializiranimi hladilnimi sistemi, ki lahko dosežejo delček stopinje nad absolutno ničlo, kjer se vse gibanje ustavi,' je dejal Burrill.

Toda ta poseben laser nima zmožnosti doseči teh skrajnosti, je dejal.

Zanimivi Članki