Lézerrel az anyag forradalmáért

A történelem nem jegyzi fel azt a pillanatot, amikor a tudatára ébredő ember felteszi az első kérdését. Az emberi kíváncsiság azonban nagyban megváltoztatta a világot. Ám a tudomány és a technológia látszólag rendíthetetlen előrenyomulásával sem apadnak jelentős mértékben a kérdések. Gwyn Williams, a Jefferson Lab Free-Electron Laser (szabad elektron lézer, vagy röviden FEL) kutatási programjának vezetője szerint hamarosan fontos válaszokat kaphatnak a jelenleg zajló FEL korszerűsítés eredményeként.

A FEL egy rendkívül erős fényforrás, ami teljesen új jelenséget indukál az anyagokban" - mondta Williams. "Mindenféle váratlan tulajdonság bukkan fel. Ez a korszerűsítés egy új világra nyit ablakot, segítségével ténylegesen megismerhetjük, hogyan működik a világ a különálló atomok szintjén"

Ha ez a megismerés valóra válik, a tudósok és a mérnökök atomonként szabhatják testre az anyagokat. Ez a távlat, felölelve a nanotechnológiát, nagy mértékű gyártási forradalmat indíthat el, amihez fogható nem volt az emberiség történelmében. A FEL erejével és pontosságával pont ezt segítheti elő, feltárva ezeket a parányi birodalmakat: egyfajta ultra-gyors kamera, ami ki tudja kockázni a legösszetettebb fizikai vagy kémiai kölcsönhatásokat is.

A sűrűség kivételével, ami az anyag azon tulajdonsága, amit az atomon belüli mag jellemez és korlátoz, minden anyag fizikai tulajdonságait elsődlegesen az elektronok viselkedése határoz meg. A mindennapi technológiákat, a lámpáktól a laptopokig az elektronok viselkedése és áramlása irányít, ami olyan tulajdonságokban testesül meg, mint a keménység, vezetőképesség és az anyagok energia-áramlása. Meghatározott elektronviselkedéseket vizsgálni azonban felettébb bonyolult. A kutatáshoz nagyon erős fényforrásra van szükség - amit a FEL esetében meg is találtak.

A FEL kutatás három általános kategóriába sorolható: a fotokémia, a biológia és az anyagok. Mielőtt megkezdenék a korszerűsítést közel 20 hivatalos indítványt tettek a FEL-re összpontosuló kutatásokra. Ebből 17 csak a novemberi leállás után valósulhat meg. A vizsgálandó területek között találhatjuk majd az emberi sejtek protein molekuláinak szerepét, akárcsak az anyagok tisztaságát meghatározó és csökkentő mechanizmusok meghatározását, mint például a szilícium, amit számos számítógépes összetevő tartalmaz. Olyan újszerű területeket is felderítenek, mint a "spintronics", ami érinti az új-generációs félvezetők tulajdonságait, ahol az elektronok újonnan felfedezett tulajdonságaival optimalizálják a teljesítményt.

A FEL gyorsító elektron sugara olyan frekvenciájú fényt képes előállítani, amivel könnyedén felismerhetők a biológiai hatóanyagok, mint például az anthrax, illetve a rejtett aknákat is láthatóvá teszi.

"Tudósként és emberként is szeretnénk az élet minőségén javítani" - mondta Williams. "Ez a szerkezet, ami már most is a legerősebb a világon, még jobb lesz, és lehetővé teszi számunkra, hogy hathatós haladást érjünk el az elkövetkező években"