The 3.4 km long European XFEL generates extremely intense X-ray flashes to be used by researchers from all over the world. The flashes are produced in underground tunnels and will allow scientists to map atomic details of viruses, film chemical reactions, and study the processes in the interior of planets.Klicka på bilden för att se den i större format
I många år har den kondenserade materiens fysik varit fokuserad på system i termodynamisk jämvikt, där tiden står still. Men under de senaste åren har vi sett en stor experimentell och teoretisk utveckling av nya metoder där vi kan börja studera dynamiska processer i materialsystem på en tidskala ända ner till attosekunder (0,000 000 000 000 000 001 sekunder). Experimentellt har speciellt utvecklingen av nya lasrar haft stor betydelse. Laboratorie-lasrar har gett åtkomst till ultrasnabba pulser från THz frekvenser till infrarött till ultraviolettområdet i det synliga ljusspektrumet. Dessa kan användas till att studera ultrasnabba elektroniska och optiska processer för nya solceller, revolutionerande typer av elektronik, kemiska reaktioner och mycket annat. Tyvärr är det dock svårt att med dessa källor skapa ultrasnabba pulser i röntgenområdet. För att åstadkomma detta har man under många år jobbat på att bygga storskaliga frielektronlasrar, där pulser av elektroner accelereras upp till hastigheter nära ljusets och sedan skickas igenom ett transverst periodiskt magnetfält. Högintensiva röntgenpulser ner till femtosekunder (1000 attosekunder) kan då skapas.
Medan idén till detta har funnits sedan 1970-talet är det först under de senaste åren som man har lyckats att på allvar realisera dessa frielektronlasrar. Senast öppnade Europeiska XFEL i Hamburg för användare. Detta är en 3,4 km lång frielektronlaser som skickar ut 27 000 röntgenpulser per sekund med våglängder ner till 0,05 nanometer och pulslängder under 100 femtosekunder. Intensiteten är enorm, en miljard gånger mer än vanliga röntgenkällor. Med denna röntgenkälla kan man mäta dynamiska processer ner på atomär skala. I Sverige har Knut och Alice Wallenbergs stiftelse tillsammans med flera svenska universitet precis beviljat ett större anslag till en förstudie för en svensk mjukröntgenlaser vid MAX IV laboratoriet i Lund. Idén är att utnyttja de unika fördelar som MAX IV ger för att skapa en röntgenlaser i området 0,25 – 1 keV. Denna unika laser kan användas inom en rad olika områden för att till exempel studera kemiska reaktioner i vatten och dynamik i magnetiska system. Utvecklingen av nya och mer ljusstarka ljuskällor under de senaste decennierna har till och med varit snabbare än Moores lag känd från utvecklingen av datorprocessorer, och kan leda till en mycket bättre förståelse av komplexa dynamiska system som är en av de kvarvarande stora utmaningarna inom fysik.
Länkar:
https://www.maxiv.lu.se/news/first-step-towards-a-soft-x-ray-laser-at-max-iv-laboratory/
http://frielektronlaser.se/index.html
https://www.xfel.eu/
Carlo Canali
Ordförande, Sektionen för kondenserade materiens fysik med nanofysik