Superledende røntgenlaser i Californien opnår temperaturer, der er koldere end rummet

LCLS-II acceleratoren. (Greg Stewart/SLAC National Accelerator Laboratory)

En partikelaccelerator, der slår elektroner sammen her på Jorden, har opnået temperaturer, der er koldere end i det ydre rum.

Bruger Røntgen fri-elektron laser ved Energiministeriets SLAC National Accelerator Laboratory –  del af et opgraderingsprojekt til Linac Coherent Light Source (LCLS), kaldet LCLS II  – kølede forskere flydende helium til minus 456 grader Fahrenheit (minus 271 grader Celsius), eller 2 kelvins .

Det er kun 2 kelvin over det absolutte nulpunkt, den koldest mulige temperatur, hvor al partikelbevægelse ophører.



Det frostklare miljø er afgørende for acceleratoren, fordi maskinen ved så lave temperaturer bliver superledende, hvilket betyder, at den kan booste elektroner gennem den med næsten ingen energitab.

Selv tomme områder af rummet er ikke så kolde, da de stadig er fyldt med kosmisk mikrobølge baggrund stråling, en rest fra kort efter Stort brag der har en ensartet temperatur på minus 454 F (minus 271 C) eller 3 K.

'Næste generations superledende accelerator af LCLS-II røntgenfri elektronlaser har nået sin driftstemperatur på 2 grader over det absolutte nulpunkt,' fortalte Andrew Burrill, direktør for SLAC's Accelerator Directorate, WordsSideKick.com.

LCLS-II er nu klar til at begynde at accelerere elektroner med 1 million impulser i sekundet, hvilket er en verdensrekord, tilføjede han.

'Dette er fire størrelsesordener flere pulser i sekundet end sin forgænger, LCLS, hvilket betyder, at  –  på blot et par timer  –  vil vi have sendt flere røntgenbilleder til brugere [der sigter mod at bruge dem i eksperimenter], end LCLS har gjort i de sidste 10 år,' sagde Burrill.

Dette er en af ​​de sidste milepæle, som LCLS-II skal opnå, før den kan fortsætte med at producere røntgenimpulser, der i gennemsnit er 10.000 gange lysere end dem, der blev skabt af dens forgænger.

Dette skulle hjælpe forskere med at undersøge komplekse materialer i hidtil usete detaljer. De højintensive, højfrekvente laserimpulser gør det muligt for forskere at se, hvordan elektroner og atomer i materialer interagerer med hidtil uset klarhed.

Dette vil have en række anvendelser, lige fra at hjælpe med at afsløre 'hvordan naturlige og menneskeskabte molekylære systemer omdanner sollys til brændstoffer, og dermed hvordan man kontrollerer disse processer, til at forstå de grundlæggende egenskaber ved materialer, der vil muliggøre kvanteberegning ,' sagde Burill.

Relaterede: 10 kosmiske mysterier, Large Hadron Collider kunne optrevle

At skabe de frysende himmelstrøg inde i speederen tog noget arbejde. For at forhindre helium i at koge væk, for eksempel, havde holdet brug for superlave tryk.

Eric Fauve, direktør for Cryogenic Division hos SLAC, fortalte WordsSideKick.com, at ved havoverfladen koger rent vand ved 212 F (100 C), men denne kogetemperatur varierer med trykket.

For eksempel i en trykkoger er trykket højere, og vandet koger ved 250 F (121 C), mens det omvendte er tilfældet i højden, hvor trykket er lavere og vandet koger ved en lavere temperatur.

»For helium er det meget det samme. Ved atmosfærisk tryk vil helium dog koge ved 4,2 kelvin; denne temperatur vil falde, hvis trykket falder,' sagde Fauve.

'For at sænke temperaturen til 2,0 kelvin skal vi have et tryk på kun 1/30 af atmosfærisk tryk.'

For at opnå disse lave tryk bruger holdet fem kryogene centrifugalkompressorer, som komprimerer heliumet for at afkøle det og derefter lader det udvide sig i et kammer for at sænke trykket, hvilket gør det til et af de få steder på jorden hvor 2,0 K helium kan fremstilles i stor skala.

Fauve forklarede, at hver kold kompressor er en centrifugalmaskine udstyret med en rotor/løbehjul svarende til en motorturbokompressor.

'Mens den roterer, accelererer pumpehjulet heliummolekylerne og skaber et vakuum i midten af ​​hjulet, hvor molekylerne suges, hvilket genererer tryk i periferien af ​​hjulet, hvor molekyler [udskydes],' sagde han.

Kompression tvinger helium til at tage sin flydende tilstand, men helium undslipper ind i dette vakuum, hvor det udvider sig hurtigt og afkøles, mens det gør det.

Ud over dets ultimative applikationer er den ultrakolde brint, der er skabt ved LCLS-II, en videnskabelig kuriosum i sig selv.

'Ved 2,0 kelvin bliver helium en supervæske, kaldet helium II, som har ekstraordinære egenskaber,' sagde Fauve. For eksempel leder den varme hundredvis af gange mere effektivt end kobber, og den har så lav viskositet - eller modstand mod strømning - at dette ikke kan måles, tilføjede han.

For LCLS-II er 2 kelvin så lavt, som temperaturerne forventes at gå.

'Lavere temperaturer kan opnås med meget specialiserede kølesystemer, der kan nå en brøkdel af en grad over det absolutte nulpunkt, hvor al bevægelse stopper,' sagde Burrill.

Men denne særlige laser har ikke evnen til at nå disse ekstremer, sagde han.

Relateret indhold:

Forskere har lige slået rekorden for den koldeste temperatur, der nogensinde er registreret i et laboratorium

7 måder Einstein ændrede verden på

De 15 mærkeligste galakser i vores univers

Denne artikel blev oprindeligt udgivet af Live Science . Læs den originale artikel her .

Populære Kategorier: Mennesker , Sundhed , Forklarer , Plads , Fysik , Miljø , Natur , Tech , Mening , Samfund ,

Om Os

Offentliggørelse Af Uafhængige, Beviste Fakta Om Rapporter Om Sundhed, Rum, Natur, Teknologi Og Miljøet.