Sebuah peningkatan baru untuk laser elektron bebas sinar X terkuat di dunia telah mendapatkan lampu hijau dari Departemen Energi, membuka jalan bagi pandangan baru masa depan tentang dunia pada skala terkecil.
Laser sinar X adalah Linac (singkatan dari linear accelerator) Coherent Light Source (LCLS) di Laboratorium Akselerator Nasional SLAC di Menlo Park, California. Seperti linear accelerator lainnya, mesin SLAC bergerak elektron dengan kecepatan mendekati cahaya untuk menghasilkan sinar X yang kemudian dapat diarahkan ke sampel mikroskopis, potongan logam, dan hal-hal kecil lainnya untuk mengungkap bagaimana hal-hal bekerja pada skala terkecil. Anda dapat membaca pemecahan lengkap tentang bagaimana LCLS bekerja dan melihat di dalam akselerator partikel di sini. Setahun yang lalu, SLAC mengumumkan cahaya pertama di LCLS-II, yang membuat pulsa sinar-X mesin linier sekitar satu juta kali per detik, sekitar 8.000 kali lebih terang dari LCLS. Sekarang, pekerjaan telah resmi dimulai pada LCLS-II-HE (untuk “Energi Tinggi”), yang akan memberdayakan keluaran akselerator melalui instalasi cryomodules panjang yang masing-masing berisi delapan kavitas superkonduktor yang dilalui oleh elektron. “Setiap cryomodule menghasilkan ledakan energi mikro gelombang yang mendorong kelompok elektron untuk bergerak lebih cepat dan lebih cepat (yaitu, mendapatkan energi), seperti menendang bola yang bergerak berulang kali,” kata Mike Dunne, direktur LCLS, kepada Gizmodo melalui email. “Untuk setiap meter tambahan cryomodule, balok elektron akan mendapat energi tambahan sekitar 24 MeV,” katanya. “Ketika semuanya ditumpuk bersama, mereka meningkatkan energi dari batas saat ini 4 GeV (4000 MeV) menjadi 8 GeV.” LCLS-II-HE adalah proyek besar—proyek senilai $716 juta—yang memerlukan kolaborasi di sejumlah laboratorium nasional Amerika Serikat untuk menyelesaikannya. Seluruh peningkatan terdiri dari 23 cryomodules, yang dibangun dan diuji oleh Fermi National Accelerator Laboratory dan Thomas Jefferson National Accelerator Facility. Lawrence Berkeley National Laboratory dan Argonne National Laboratory merancang undulator yang menggoyangkan elektron untuk menghasilkan sinar-X. Fasilitas untuk Rare Isotope Beams dari Michigan State University juga merupakan mitra dalam peningkatan besar ini.
Sekitar 95% kavitas cryomodule telah dibuat hingga saat ini, dan 10 dari wadah superkonduktif sendiri sudah dikirimkan ke SLAC. Meskipun DOE baru-baru ini memberikan lampu hijau penuh untuk proyek ini, sebelumnya telah menyetujui pembuatan dan pengiriman komponen LCLS-II-HE. Sulit untuk merangkum semua kemajuan penelitian ilmiah yang bisa terjadi dengan pengembangan LCLS-II-HE, yang diharapkan selesai pada tahun 2030, meskipun eksperimen bisa dimulai secepat 2027. Sinar-X yang dihasilkan oleh perangkat ini dapat membuat film tajam tentang reaksi pada skala molekuler, mengungkap segalanya mulai dari dasar fotosintesis hingga bagaimana logam bertransisi antar fase.
Usulan waktu berkas bulan ini untuk LCLS mencakup berbagai bidang, termasuk ilmu material, kimia dan katalisis, ilmu atom, molekul, dan kuantum, astrofisika, fusi, dan biosains, kata Dunne kepada Gizmodo. Grid energi, pemahaman kita tentang kosmos, komputer kita dan internet—sebagian besar sektor kehidupan akan mendapat manfaat dari mesin yang ditingkatkan di SLAC. Pembaruan baru juga akan menggunakan pembelajaran mesin dan metode kecerdasan buatan lainnya untuk membantu menyetel akselerator, meningkatkan kinerja balok dan menganalisis data yang dihasilkan oleh LCLS. Akan ada banyak data; produksi mesin akan melonjak dari sekitar 2 gigabyte per detik menjadi lebih dari 1.000 gigabyte per detik.
“Untuk memberikan konteks, film online tipikal sekitar satu GB, dan jadi kami akan memproses setara seribu film per detik—di mana kami perlu mempelajari perubahan halus dalam setiap bingkai dari setiap film—secara real time!,” jelas Dunne. “Untuk melawan ini, kami mengembangkan sistem data cerdas yang dapat mengekstrak informasi kunci, dan memampatkan data sejauh mungkin.” Dengan lebih dari satu petabyte data yang dihasilkan per hari menganalisis semua aspek alam semesta pada skala atom, tim akan memerlukan metode komputasi yang dapat mengelola semua informasi tersebut.
Meskipun LCLS-II-HE mungkin tidak akan selesai hingga pergantian dekade, sinar-X yang dimodifikasi bisa digunakan dalam beberapa tahun mendatang. Saya harap Anda siap untuk masa depan—ia akan segera datang.