借助最新、最尖端的 X 射线升级，世界上最强大的激光器之一即将能够更深入地窥探原子世界。斯坦福 SLAC 国家加速器实验室宣布对X 射线自由电子激光器（XFEL）组件——相干光源二期（LCLS-II）进行了改进，使其在检查量子材料方面具有“无与伦比的能力”，这是一项历时 13 年多才取得的里程碑式成就。
“这项成就是十多年工作的结晶，”LCLS-II 项目总监 Greg Hays 在9 月 18 日的声明中表示。“它表明 LCLS-II 的所有不同组件正在和谐工作，以一种全新的运行模式产生 X 射线激光。”
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尽管被归类为“激光器”，但 LCLS-II 更应被视为一种巨大的显微镜，而不是产生明亮点光源的设备。XFEL 在启动时会产生极亮的X 射线光脉冲，其速度之快足以捕捉电子、原子和分子的自然时间尺度的行为细节。SLAC 建造了世界上第一个物理 XFEL，它于 2009 年开始运行，通过粒子加速器以每秒 120 脉冲的速度将电子通过一个室温铜管射出。
然而，LCLS-II 的 XFEL 每秒可提供多达一百万束 X 射线脉冲——频率大约是其前身的 8000 倍，亮度是其前身的 10000 倍。LCLS-II 的打破纪录的能力依赖于先进的超导加速器，该加速器使用 37 个低温模块将环境冷却到惊人的 -456 华氏度；这比外太空的真空还要冷，仅比绝对零度高几度。
科学家们打算利用 LCLS-II 的升级来研究量子材料的相互作用，根据SLAC 的公告，这是准确检查其“不同寻常且常常违反直觉的性质”的关键。更深入地了解这些属性可能带来超快数据处理、更节能的设备、量子计算机以及一系列其他技术突破。“从蛋白质的精密舞蹈到光合作用的机制，LCLS-II 将以前所未有的细节揭示生物系统的奥秘，”SLAC 的概要写道。
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PopSci 杂志几十年来一直关注 LCLS-II 底层超导技术的发展。“在接近绝对零度（-459 华氏度）的低温区域，存在着一个‘电的永动机’——即超导性——的奇妙世界，一旦电流开始流动，就会永远流动，”PopSci 在 1967 年首次报道。“随着材料和冷却方法的不断发展，全国各地的实验室中正在形成真正神奇的设备。”
