наверх
20.10.202101:49
Курсы валют НБУ
  • USD26.89+ 0.03
  • EUR31.83+ 0.14

XFEL - лучший в мире супер-лазер. Репортаж с открытия

(обновлено: )39110
Мощнейший рентгеновский лазер мира в пятницу будет введен в эксплуатацию под Гамбургом. Sputnik присутствовал на месте еще до торжественного открытия и посетил экспериментальные залы под землей.
Путешествие в империю науки начинается

Александр Боос, для РИА Новости Украина

"Мы здесь мировые научные лидеры", — сказал профессор д-р Роберт Файденханзл (Robert Feidenhans’l), управляющий директор проекта European XFEL. На территории большого научного комплекса в Шенефельде под Гамбургом он говорил о том, что благодаря лазеру XFEL возможен большой прорыв в биологии и других исследовательских областях: "Мы здесь можем открыть, пожалуй, новые источники энергии, например, для фотовольтаики. Химическая промышленность может получить преимущества в катализе. Также и фармацевтика". 

Физик-рентгенолог, родом из Дании, с января является исполнительным директором проекта XFEL. „Но я работаю над проектом уже десять лет, в общем-то, даже 20 лет в рамках моей научной работы“, — рассказывает исследователь.

Вот что Файденханзл рассказывает о принципе функционирования лазера: "Мы генерируем здесь ультракороткие световые волны, которые приходятся на временную шкалу молекул. Из них мы затем можем вырабатывать пучки излучения". При этом производятся вспышки, которые служат для фотографирования мельчайших атомных и молекулярных структур. При помощи света появляется возможность съемки процессов на молекулярном уровне. В общем-то XFEL – это гигантский микроскоп. Что-то похожее делали в Японии и Стэнфордском университете в Калифорнии. "Исследователи из Стэнфорда и из Японии смотрят на нас уже с некоторой завистью", — говорит ученый с ухмылкой. Однако по всему миру со всеми коллегами-исследователями в области рентгеновской и лазерной физики идет активное сотрудничество и обмен опытом.

Стоимость международного проекта составляет порядка 1,5 миллиарда евро. Одна только Германия выделила 760 миллионов евро от федерального министерства образования и науки. В проекте участвуют Дания, Франция, Великобритания, Италия, Польша, Россия, Швеция, Швейцария, Словакия, Испания и Венгрия.

Смотрите также: США испытали лазерное оружие в Персидском заливе

Ученые также представлены из разных стран, они распределены по тематическим группам экспериментов. Рентгеновский лазерный луч снабжает различные так называемые "хатчи" (Hutches) — команды экспериментаторов. Потому что XFEL – не крупный проект, рентгеновский лазер снабжает физиков и химиков точно так же, как и специалистов биомедицины, биохимии или структурной биологии. Пока что здесь есть два научных эксперимента в катакомбах– Instrument FXE и SPB Instrument. "Ожидаются дальнейшие эксперименты", — говорит д-р Роземари Уилсон (Rosemary Wilson), пресс-секретарь исследовательского комплекса. "До 2019 года у нас появятся, вероятно, еще четыре команды экcпериментаторов, все они хотят работать с рентгеновским лазером". Она невероятно довольна: "Достичь экспериментальной фазы – это невероятно. Очень волнительное время".

Команда под руководством д-ра Кристиана Бресслера настраивает рентгеновский лазер в так называемом «Хатче»

"Без устройства в Стэнфорде всего того, что Вы сейчас здесь видите, вообще не было бы", — говорит д-р Кристан Бресслер (Christian Bressler), руководитель команды эксперимента Instrument FXE. Он работает на глубине 14 метров под землей в так называемом "экспериментальном подземелье" комплекса. Здесь проходят собственно эксперименты.

В «экспериментальном подземелье» – эксперименты проводятся на глубине 14 метров.

Ученый описывает комплекс: "У нас здесь инструментальное оборудование, которое использует рентгеновские лучи для экспериментов. У нас есть еще и лазерная система с оптическим светом. С его помощью мы можем вызывать химические реакции. Мы освещаем их с небольшой задержкой по времени, одной триллионной секунды, рентгеновской вспышкой от лазера. Чтобы посмотреть состояние реакций в процессе". Подобные эксперименты его команда проводит с все большими временными промежутками, чтобы выяснить, как двигаются атомы в химических реакциях".

«Контрольный центр миссии» - серверная. Здесь ученые наблюдают за происходящим, считывают с экранов показатели экспериментов. (2-й слева: д-р Бресслер)

С этой целью электроны ускоряются в тоннеле протяженностью 3,4 км до скорости в 17 электрон-вольт. Ускоренный электронный луч при этом выдает очень короткие вспышки в диапазоне рентгеновских волн. Эти вспышки освещают изучаемые химические или биологические процессы. Камеры снимают все в целом. "Для этого нам нужно сразу много камер", сказал Бресслер, возглавляющий команду из 14 исследователей. "У нас есть самая быстрая рентген-камера в мире. Она может снимать молекулярную структуру. Сбоку у нас есть еще одна камера, снимающая электроны". Целью является проследить самое-самое начало химической реакции.

Как это работает: этот рентгеновский лазерный луч очень нужен сразу нескольким (справа: FXE, SPB/SFX и т.д.) командам исследователей.

XFEL-лазер является самым крупным и мощным линейным ускорителем. В этой роли он сменил крупнейший до сих пор рентгеновский лазер, который находится в американском Стэнфорде (Калифорния), где ученым удавалось достичь скорости лишь в 120 вспышек в секунду. А новый супер-лазер XFEL производит до 27 тысяч вспышек в секунду, подчеркнул Бресслер. Эти вспышки на какую-то долю секунды превосходят по яркости солнечный свет. 

Читайте также: Вечный вопрос: что полезнее кофе или чай? Новое исследование

"Инструмент FXE" — лишь один из многих экспериментальных проектов в "катакомбах" XFEL. Другая команда, которую называют SPB Instrument, располагается непосредственно по соседству с командой д-ра Бресслера. "Мы занимаемся, главным образом, биологией, конкретно фармацевтикой", — сказал руководитель этой группы д-р Марк Мессершмидт в интервью Sputnik. "Мы исследуем вещества, прямо влияющие на белки или рецепторы. Кроме того, мы можем смотреть непосредственно на вирусы и, соответственно, когда-нибудь сможем поведать фармацевтам об атомарной структуре вирусной структуры. И тогда они смогут разработать определенные вещества, которые будут подстраиваться под тот или иной вирус".

Тем самым фармацевтической промышленности удастся сэкономить некоторое количество лет исследований. Кроме того, по его словам, "очень интересно" работать совместно с иностранными коллегами. В общей сложности на научном оборудовании работают около 300 человек.

FXE расположен в отделанном свинцом помещении размером с небольшой офис. Здесь ученым во время экспериментов запрещено находиться по причины интенсивного рентгеновского излучения. Здесь висит много табличек с предупреждениями.

FXE расположен в отделанном свинцом помещении размером с небольшой офис. Здесь ученым во время экспериментов запрещено находиться по причины интенсивного рентгеновского излучения. Здесь висит много табличек с предупреждениями.

"Здесь мы делаем дифракцию рентгеновского излучения на биологических частицах, кристаллах, молекулах, главным образом, на протеинах. Мы изучаем вещества. Непосредственно влияющие на протеины или рецепторы", — сказал Мессершмидт. Он нашел время для интервью в четверг после обеда, хотя вместе с командой, по его собственным словам, 20 минут стоял перед "лучом". "Это значит, что мы производим лазерный луч". На вопрос о том, возможно ли было бы интервью после этого, химик ответил: "Вообще-то, маловероятно. Потому что луч будет длиться до пяти часов утра". 

Читайте также: Эра торговли завершена, наступает эра науки – посол КНР

Пресс-секретарь подчеркнула: European XFEL – некоммерческая общественная организация, тесно сотрудничающая с исследовательским центром DESY из Гамбурга-Баренфельда, но "работающая независимо от него". В Баренфельде электроны также загоняются в тоннель протяженностью 3,4 км. Сегодня в 15.00 часов состоится торжественная церемония запуска проекта в Шенефельде (под Гамбургом). "Посмотреть на открытие самого яркого рентген- лазера в мире приглашены более 800 гостей, представителей научных и политических кругов", написала местная газета Schenefelder Bote в своем свежем номере. В частности, на церемонии ожидается присутствие министра образования и науки Йоханны Ванки, министра образования земли Шлезвиг-Гольштейн Карин Прин, мэра Гамбурга Олафа Шольца, а также представители проекта XFEL из разных стран. 

Самое читаемое
    Темы дня