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在距離斯坦福大學(xué)一箭之遙的地下30英尺處，科學(xué)家們正在對(duì)一臺(tái)激光器進(jìn)行收尾工作，這可能從根本上改變他們研究宇宙組成部分的方式。明年完工后，林納克相干光源II，或稱(chēng)LCLS-II，將成為美國(guó)能源部SLAC國(guó)家加速器實(shí)驗(yàn)室的第二個(gè)世界級(jí)X射線激光器。

第一臺(tái)LCLS自2009年開(kāi)始運(yùn)行，創(chuàng)造了每秒120個(gè)光脈沖的光束。LCLS-II將能夠達(dá)到每秒100萬(wàn)個(gè)脈沖，光束亮度是其前身的10000倍。它能夠制造所有低于飛秒的脈沖。飛秒之于一秒，就像一秒鐘之于宇宙的年齡。激光器的脈沖速度如此之快，它將使以前不可能進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)成為可能。

你可以把LCLS想成是一個(gè)具有原子分辨率的顯微鏡。它的核心是一個(gè)粒子加速器，來(lái)加速帶電粒子并將它們導(dǎo)入光束的裝置。然后，該光束通過(guò)一系列交替的磁鐵（一個(gè)稱(chēng)為起伏器的裝置），產(chǎn)生X射線?？茖W(xué)家們可以使用這些X射線來(lái)創(chuàng)造他們稱(chēng)之為分子電影的東西。這些是原子和分子運(yùn)動(dòng)的快照，在幾萬(wàn)億分之一秒內(nèi)被捕獲，并像電影一樣串聯(lián)起來(lái)。幾乎所有科學(xué)領(lǐng)域的科學(xué)家都從世界各地趕來(lái)，用LCLS進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。除其他外，他們的分子電影顯示了正在發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)，展示了恒星內(nèi)部原子的行為，并制作了詳細(xì)描述光合作用過(guò)程的現(xiàn)場(chǎng)快照。

盡管這兩種激光器都能將電子加速到接近光速，但它們各自的方式不同。LCLS-II被設(shè)計(jì)為連續(xù)運(yùn)行，這意味著它將產(chǎn)生大量的熱量。一個(gè)銅腔會(huì)吸收太多的熱量。這就是為什么工程師們轉(zhuǎn)向了一個(gè)新的超導(dǎo)加速器，它由幾十個(gè)40英尺長(zhǎng)的設(shè)備組成，稱(chēng)為低溫模塊，設(shè)計(jì)為在絕對(duì)零度以上（-456華氏度）運(yùn)行。它們由地面上的一個(gè)巨大的低溫工廠保持在工作溫度。

LCLS-II將允許科學(xué)家回答他們多年來(lái)一直試圖解決的問(wèn)題，包括分子系統(tǒng)內(nèi)的能量轉(zhuǎn)移是如何發(fā)生的？電荷轉(zhuǎn)移是如何發(fā)生的？一旦我們理解了其中的一些原理，我們就可以開(kāi)始應(yīng)用它們來(lái)理解我們?nèi)绾文軌蜻M(jìn)行人工光合作用，我們?nèi)绾文軌蚪ㄔ旄玫奶?yáng)能電池。