Свръхпроводящият рентгенов лазер в Калифорния постига температури, по-ниски от космоса

Ускорителят LCLS-II. (Грег Стюарт/Национална лаборатория за ускоряване на SLAC)

Ускорител на частици, който удря електрони тук на Земята, е постигнал температури, по-ниски от тези в космоса.

Използвайки Рентгенов лазер със свободни електрони в Министерството на енергетиката SLAC Национална ускорителна лаборатория –  част от проект за надграждане на Linac Coherent Light Source (LCLS), наречен LCLS II  – учените охладиха течния хелий до минус 456 градуса по Фаренхайт (минус 271 градуса по Целзий), или 2 келвини .

Това е само 2 келвина над абсолютната нула, най-ниската възможна температура, при която всяко движение на частиците престава.

Тази мразовита среда е от решаващо значение за ускорителя, тъй като при такива ниски температури машината става свръхпроводяща, което означава, че може да стимулира електрони през нея с почти нулева загуба на енергия.

Дори празните области на пространството не са толкова студени, тъй като все още са пълни с космически микровълнов фон радиация, остатък от малко след Голям взрив която има равномерна температура минус 454 F (минус 271 C), или 3 K.

„Свръхпроводящият ускорител от следващо поколение на рентгеновия лазер със свободни електрони LCLS-II достигна работната си температура от 2 градуса над абсолютната нула“, каза Андрю Бърил, директор на дирекцията за ускорители на SLAC, пред Live Science.

LCLS-II вече е готов да започне да ускорява електрони с 1 милион импулса в секунда, което е световен рекорд, добави той.

„Това е с четири порядъка повече импулси в секунда от своя предшественик, LCLS, което означава, че  –  само за няколко часа  –  ще изпратим повече рентгенови лъчи на потребители [които се стремят да ги използват в експерименти], отколкото LCLS направи в през последните 10 години“, каза Бърил.

Това е един от последните етапи, които LCLS-II трябва да постигне, преди да може да продължи да произвежда рентгенови импулси, които са средно 10 000 пъти по-ярки от тези, създадени от неговия предшественик.

Това трябва да помогне на изследователите да изследват сложни материали в безпрецедентни подробности. Лазерните импулси с висока интензивност и висока честота позволяват на изследователите да видят как електроните и атомите в материалите взаимодействат с безпрецедентна яснота.

Това ще има редица приложения, от помощ да се разкрие „как естествените и създадени от човека молекулярни системи превръщат слънчевата светлина в горива и по този начин как да се контролират тези процеси, до разбирането на основните свойства на материалите, които ще позволят квантово изчисление — каза Бурил.

Свързани: 10 космически мистерии, които Големият адронен колайдер може да разкрие

Създаването на мразовит климат вътре в ускорителя отне известна работа. За да предотврати кипенето на хелия, например, екипът се нуждаеше от супер ниско налягане.

Ерик Фов, директор на криогенния отдел в SLAC, каза пред Live Science, че на морското равнище чистата вода кипи при 212 F (100 C), но тази температура на кипене варира в зависимост от налягането.

Например в тенджера под налягане налягането е по-високо и водата кипи при 250 F (121 C), докато обратното е вярно на надморска височина, където налягането е по-ниско и водата кипи при по-ниска температура.

„За хелия е почти същото. При атмосферно налягане обаче хелият ще кипи при 4,2 келвина; тази температура ще намалее, ако налягането намалее“, каза Фов.

„За да намалим температурата до 2,0 келвина, трябва да имаме налягане от само 1/30 от атмосферното налягане.“

За да постигне тези ниски налягания, екипът използва пет криогенни центробежни компресора, които компресират хелия, за да го охладят и след това го оставят да се разшири в камера, за да намали налягането, което го прави едно от малкото места на Земята където 2.0 K хелий може да бъде произведен в голям мащаб.

Fauve обясни, че всеки студен компресор е центробежна машина, оборудвана с ротор/работно колело, подобно на това на турбокомпресор на двигател.

„Докато се върти, работното колело ускорява молекулите на хелия, създавайки вакуум в центъра на колелото, където молекулите се засмукват, генерирайки налягане в периферията на колелото, където молекулите [се] изхвърлят“, каза той.

Компресията принуждава хелия да заеме течното си състояние, но хелият излиза в този вакуум, където се разширява бързо, охлаждайки се при това.

В допълнение към крайните си приложения ултрастуденият водород, създаден в LCLS-II, сам по себе си е научно любопитство.

„При 2,0 келвина хелият се превръща в свръхфлуид, наречен хелий II, който има изключителни свойства“, каза Фов. Например, той провежда топлината стотици пъти по-ефективно от медта и има толкова нисък вискозитет – или устойчивост на поток – че това не може да бъде измерено, добави той.

За LCLS-II 2 келвина е толкова ниско, колкото се очаква да достигнат температурите.

„По-ниски температури могат да бъдат постигнати с много специализирани системи за охлаждане, които могат да достигнат част от градуса над абсолютната нула, където всяко движение спира“, каза Бърил.

Но този конкретен лазер няма способността да достигне тези крайности, каза той.

Свързано съдържание:

Учените току-що счупиха рекорда за най-ниската температура, регистрирана някога в лаборатория

7 начина, по които Айнщайн е променил света

15-те най-странни галактики в нашата вселена

Тази статия е публикувана първоначално от Наука на живо . Прочетете оригиналната статия тук .

За Нас

Публикуването На Независими, Доказани Факти От Доклади За Здравето, Пространството, Природата, Технологиите И Околната Среда.