Một máy gia tốc ở California vận hành ở nhiệt độ gần bằng độ 0 tuyệt đối để tạo ra 1 triệu xung tia X mỗi giây.
Đường hầm chứa cỗ máy LCLS-II. (Ảnh: SLAC)
Máy gia tốc hạt siêu dẫn của Phòng thí nghiệm gia tốc quốc gia SLAC ở độ sâu 9 m bên dưới công viên Menlo, California, được làm lạnh tới -271 độ C, chỉ trên vài độ so với nhiệt độ lạnh nhất có thể trong vũ trụ là độ 0 tuyệt đối (- 273,15 độ C). Trạng thái lạnh cực hạn này nằm trong quá trình nâng cấp máy laser electron tự do tia X Linac Coherent Light Source (LCLS) hay LCLS-II, có thể đẩy electron ở tốc độ gần với vận tốc ánh sáng. Các nhà khoa học sẽ sử dụng cỗ máy để nghiên cứu sự kiện hóa học hiếm gặp, phân tử sinh học, cơ học lượng tử và vật liệu phức tạp sử dụng trong máy tính.
Sau khi nâng cấp hoàn thiện, LCLS-II sẽ có thể tạo ra những xung tia X sáng gấp 10.000 lần so với bản tiền nhiệm, ở tốc độ 1 triệu xung/giây. Điều này chỉ có thể xảy ra trong nhiệt độ lạnh cực hạn của máy gia tốc, theo thông báo từ phòng thí nghiệm.
Ở phiên bản trước đó của LCLS, bắt đầu hoạt động vào năm 2009, electron tăng tốc bên trong đường ống bằng đồng dài 0,8 km ở nhiệt độ phòng, do đó cỗ máy chỉ có thể tạo ra tối đa 120 xung tia X/giây. Thay vào đó, hệ thống mới bao gồm 39 moduel gia tốc đông lạnh đi kèm các khoang làm từ kim loại niobium, tất cả đều bao quanh bởi thiết bị làm mát. Khi khoang niobium đạt nhiệt độ - 271 độ C, chúng trở nên siêu dẫn. Trạng thái đó loại trừ điện trở, nhờ đó electron có thể di chuyển ở tốc độ cực cao.
"Chỉ trong vài giờ, LCLS-II sẽ sản sinh nhiều xung tia X hơn máy laser thông thường tạo ra trong toàn bộ tuổi thọ", Mike Dunne, giám đốc của LCLS, cho biết. "Dữ liệu từng mất nhiều tháng để thu thập có thể được tạo ra trong vài phút. Điều này sẽ nâng khoa học tia X lên một tầm cao mới, mở đường cho hàng loạt nghiên cứu và thúc đẩy phát triển những công nghệ cách mạng hóa để giải quyết một số thách thức lớn nhất mà xã hội của chúng ta đang đối mặt".
Để phát triển LCLS-II, SLAC hợp tác với Phòng thí nghiệm quốc gia Argonne, Phòng thí nghiệm quốc gia Lawrence Berkeley (Berkeley Lab), Fermilab, Cơ sở gia tốc quốc gia Thomas Jefferson (Jefferson Lab), và Đại học Cornell.