北京時(shí)間8月20日消息，據(jù)美國物理學(xué)家組織網(wǎng)報(bào)道，借助于一個(gè)細(xì)長條鉆石，美國能源部斯坦福直線加速器中心(以下簡稱SLAC)國家加速器實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)家將直線加速器連貫光源(以下簡稱LCLS)改造成一個(gè)精確度更高的工具，可用于探索納米世界。經(jīng)過這種改進(jìn)，激光脈沖能夠聚焦成非常狹窄的X射線波長，實(shí)現(xiàn)更高的強(qiáng)度，讓此前不可能進(jìn)行的一些實(shí)驗(yàn)成為可能。
在一個(gè)被稱之為“自注入”的過程中，鉆石將激光束過濾成單一的X射線波長，而后進(jìn)行放大。這種升級(jí)相當(dāng)于將短柄斧變成解剖刀，賦予科學(xué)家在原子層面進(jìn)行研究和操控物質(zhì)時(shí)更大的控制能力，也允許他們拍攝更加清晰銳利的材料、分子和化學(xué)反應(yīng)照片。
SLAC科學(xué)家、研究論文合著者杰里-哈斯廷斯表示：“你的控制能力越強(qiáng)，所看發(fā)現(xiàn)的細(xì)節(jié)就越精細(xì)。近15年來，人們一直在討論自注入技術(shù)。我們在SLAC進(jìn)行研究時(shí)采取了這種由歐洲X射線自由電子激光裝置項(xiàng)目和德國電子同步加速器中心的吉安盧卡-格羅尼、維塔利-科查亞和伊夫格尼-薩爾丁2010年提出的方法。我們的研究人員來自于SLAC和阿貢國家實(shí)驗(yàn)室，在研究這種激光時(shí)，我們吃驚地發(fā)現(xiàn)這項(xiàng)工程實(shí)際上非常簡單并且具有成本效益。”
哈斯廷斯指出世界各地的實(shí)驗(yàn)室都計(jì)劃對(duì)X射線激光裝置進(jìn)行升級(jí)。研究論文刊登在上周的《自然-光子學(xué)》雜志上。自注入技術(shù)能夠產(chǎn)生強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過當(dāng)前的LCLS的X射線脈沖。強(qiáng)度提高的脈沖可用于進(jìn)一步探測復(fù)雜材料，幫助解答與高溫超導(dǎo)體等奇異物質(zhì)或者拓?fù)浣^緣體內(nèi)的復(fù)雜電子態(tài)有關(guān)的一系列疑問。
LCLS通過將電子束加速到接近光速產(chǎn)生激光束，而后借助一系列磁鐵讓它們的移動(dòng)軌跡呈Z字形。這能夠促使電子放射出X射線，X射線匯聚成的激光脈沖亮度可達(dá)到此前任何激光脈沖的10億倍，能夠以千萬億分之一秒的驚人速度掃描樣本。如果不采用自注入技術(shù)，X射線激光脈沖含有一系列波長(或者說顏色)并且無法預(yù)測，并非所有波長都是實(shí)驗(yàn)所需要的。直到最近，實(shí)現(xiàn)LCLS的更狹窄波長帶仍需要剔除不需要的波長，導(dǎo)致脈沖強(qiáng)度大幅降低。
為了產(chǎn)生高精確度的X射線波長帶，讓LCLS進(jìn)一步接近激光，研究人員將一個(gè)細(xì)長條鉆石安裝在130米的磁鐵組中部，也就是在X射線產(chǎn)生的位置。產(chǎn)生更狹窄波長帶的研究才剛剛開始。SLAC加速器物理學(xué)家和研究論文合著者黃智容(Zhirong Huang，音譯)表示：“在對(duì)這一系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化和增加波動(dòng)器之后，我們產(chǎn)生的激光脈沖強(qiáng)度可增加10倍。”黃智容為研發(fā)高精確度的X射線波長帶做出了巨大貢獻(xiàn)。
LCLS項(xiàng)目組已開始征集采用自注入技術(shù)進(jìn)行未來實(shí)驗(yàn)的提議。LCLS自注入系統(tǒng)的首批測試所取得的成果讓世界各地的科學(xué)家陷入極大興奮之中。來自其他X射線激光設(shè)施的代表——包括瑞士自由電子激光器項(xiàng)目，日本的X射線自由電子激光研究設(shè)施SACLA以及歐洲X射線自由電子激光裝置項(xiàng)目——也幫助進(jìn)行這項(xiàng)研究并且從中學(xué)到他們希望的東西，用于自己的項(xiàng)目。
LCLS項(xiàng)目采用自注入技術(shù)進(jìn)行研究的關(guān)鍵人物、研究論文合著者保羅-艾瑪表示：“所有觀察者都樂得合不攏嘴。”艾瑪現(xiàn)就職于勞倫斯-伯克利國家實(shí)驗(yàn)室，很善于將復(fù)雜的工作簡單化。他說：“自注入技術(shù)能夠發(fā)揮作用，我感到非常高興。”(新華網(wǎng))