ตัวเร่งความเร็ว LCLS-II ซึ่งอุณหภูมิ 2 K สูงกว่าศูนย์สัมบูรณ์เว็บสล็อตแตกง่ายสําเร็จแล้ว (เครดิตภาพ: เกร็ก สจ๊วต/ห้องปฏิบัติการเร่งปฏิกิริยาแห่งชาติ SLAC)เครื่องเร่งอนุภาคที่กระแทกอิเล็กตรอนเข้าด้วยกันบนโลกนี้มีอุณหภูมิที่เย็นกว่าของอวกาศการใช้เลเซอร์อิเล็กตรอนไร้รังสีเอกซ์ที่ห้องปฏิบัติการเร่งความเร็วแห่งชาติ SLAC ของกระทรวงพลังงาน (เปิดในแท็บใหม่) ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของโครงการอัพเกรดเป็นแหล่งกําเนิดแสง Linac Coherent (LCLS) ที่เรียกว่า LCLS II นักวิทยาศาสตร์ได้แช่ฮีเลียมเหลวให้ลบ 456 องศา
ฟาเรนไฮต์ (ลบ 271 องศาเซลเซียส) หรือ 2 เคลวิน นั่นคือเพียง 2 เคลวินเหนือศูนย์สัมบูรณ์ซึ่งเป็น
อุณหภูมิที่เย็นที่สุดที่เป็นไปได้ซึ่งการเคลื่อนที่ของอนุภาคทั้งหมดสิ้นสุดลง สภาพแวดล้อมที่หนาวจัดนั้นมีความสําคัญสําหรับตัวเร่งความเร็วเนื่องจากที่อุณหภูมิต่ําเช่นนี้เครื่องจะกลายเป็นตัวนํายิ่งยวดซึ่งหมายความว่าสามารถเพิ่มอิเล็กตรอนผ่านมันได้โดยสูญเสียพลังงานเพียงประมาณศูนย์แม้แต่พื้นที่ว่างเปล่าของอวกาศก็ไม่ได้เย็นขนาดนี้ เนื่องจากยังคงเต็มไปด้วยรังสีพื้นหลังไมโครเวฟของจักรวาล ซึ่งเป็นเศษซากจากหลังบิกแบงที่มีอุณหภูมิสม่ําเสมอลบ 454 F (ลบ 271 C) หรือ 3 K กซ์ LCLS-II มีอุณหภูมิในการทํางานสูงถึง 2 องศาเหนือศูนย์สัมบูรณ์” แอนดรูว์ เบอร์ริลล์ ผู้อํานวยการคณะกรรมการเร่งของ SLAC กล่าวกับ Live Science
ตอนนี้ LCLS-II พร้อมที่จะเริ่มเร่งอิเล็กตรอนที่ 1 ล้านพัลส์ต่อวินาทีซึ่งเป็นสถิติโลก
”นี่คือสี่ลําดับของขนาดพัลส์ต่อวินาทีมากกว่า LCLS รุ่นก่อน ซึ่งหมายความว่าในเวลาเพียงไม่กี่โมง เราจะส่งรังสีเอกซ์ไปยังผู้ใช้ [ที่มีเป้าหมายที่จะใช้มันในการทดลอง] มากกว่าที่ LCLS ได้ทําในช่วง 10 ปีที่ผ่านมา” Burrill กล่าว
นี่เป็นหนึ่งในเหตุการณ์สําคัญสุดท้ายที่ LCLS-II จําเป็นต้องบรรลุก่อนที่จะสามารถผลิตพัลส์รังสีเอกซ์ที่สว่างกว่าค่าเฉลี่ย 10,000 เท่าที่สร้างขึ้นโดยรุ่นก่อน สิ่งนี้จะช่วยให้นักวิจัยสามารถสํารวจวัสดุที่ซับซ้อนในรายละเยดที่ไม่เคยมีมาก่อน พัลส์เลเซอร์ความถี่สูงที่มีความเข้มสูงช่วยให้นักวิจัยเห็นว่าอิเล็กตรอนและอะตอมในวัสดุมีปฏิสัมพันธ์กันอย่างไรกับความคมชัดที่ไม่เคยมีมาก่อน สิ่งนี้จะมีการใช้งานจํานวนมากตั้งแต่การช่วยเปิดเผยว่า “ระบบโมเลกุลตามธรรมชาติและที่มนุษย์สร้างขึ้นแปลงแสงแดดเป็นเชื้อเพลิงได้อย่างไรและวิธีควบคุมกระบวนการเหล่านี้ไปจนถึงการทําความเข้าใจคุณสมบัติพื้นฐานของวัสดุที่จะช่วยให้คอมพิวเตอร์ควอนตัมได้” Burill
ที่เกี่ยวข้อง: 10 ความลึกลับของจักรวาลที่แฮดรอนคอลลิเดอร์ขนาดใหญ่สามารถคลี่คลายได้
ไมโครเวฟจะถูกสูบผ่านโพรงที่ระบายความร้อนด้วยเร่งอิเล็กตรอนให้ใกล้ความเร็วแสง (เครดิตภาพ: เกร็ก สจ๊วต/ห้องปฏิบัติการเร่งปฏิกิริยาแห่งชาติ SLAC)การสร้างจุดเยือกแข็งภายในคันเร่งต้องอาศัยการทํางานบางอย่าง ตัวอย่างเช่นเพื่อป้องกันไม่ให้ฮีเลียมเดือดออกไปทีมต้องการแรงกดดันที่ต่ํามาก
Eric Fauve ผู้อํานวยการแผนก Cryogenic ของ SLAC บอกกับ Live Science ว่าที่ระดับน้ําทะเลน้ําบริสุทธิ์เดือดที่ 212 F (100 C) แต่อุณหภูมิเดือดนี้แตกต่างกันไปตามความดัน ตัวอย่างเช่นในหม้ออัดแรงดันความดันจะสูงขึ้นและน้ําจะเดือดที่ 250 F (121C) ในขณะที่การย้อนกลับเป็นจริงที่ระดับความสูงซึ่งความดันต่ํากว่าและน้ําเดือดที่อุณหภูมิต่ํากว่า
”สําหรับฮีเลียมมันเหมือนกันมาก ที่ความดันบรรยากาศ, ฮีเลียมจะเดือดที่ 4.2 เคลวิน, อย่างไรก็ตาม; อุณหภูมินี้จะลดลงหากความดันลดลง” Fauve กล่าว “ในการลดอุณหภูมิลงเหลือ 2.0 เคลวิน, เราจําเป็นต้องมีความดันเพียง 1/30 ของความดันบรรยากาศ”
เพื่อให้บรรลุแรงดันต่ําเหล่านี้ทีมใช้คอมเพรสเซอร์แบบแรงเหวี่ยงแช่แข็งห้าตัวซึ่งบีบอัดฮีเลียมเพื่อทําให้เย็นลงแล้วปล่อยให้มันขยายตัวในห้องเพื่อลดความดันทําให้เป็นหนึ่งในไม่กี่แห่งบนโลกที่สามารถผลิตฮีเลียม 2.0 K ได้ในปริมาณมากFauve อธิบายว่าคอมเพรสเซอร์เย็นแต่ละเครื่องเป็นเครื่องแรงเหวี่ยงที่ติดตั้งโรเตอร์ / ใบพัดคล้ายกับคอมเพรสเซอร์เทอร์โบเครื่องยนต์
”ในขณะที่หมุนใบพัดจะเร่งโมเลกุลฮีเลียมเพื่อสร้างสุญญากาศที่กึ่งกลางของล้อซึ่งโมเลกุลถูกดูดทําให้เกิดแรงดันที่ขอบล้อซึ่งโมเลกุลถูกขับออกมา”ภาพเคลื่อนไหวแสดงตัวเร่ง linac cryoplant ระบายความร้อนด้วยก๊าซฮีเลียมไปยังเฟสของเหลว (เครดิตภาพ: เกร็ก สจ๊วต/ห้องปฏิบัติการเร่งปฏิกิริยาแห่งชาติ SLAC)
การบีบอัดบังคับให้ฮีเลียมใช้สถานะของเหลว แต่ฮีเลียมจะหนีเข้าไปในสุญญากาศนี้ซึ่งมันจะขยายตัวอย่างรวดเร็วและเย็นลงเมื่อทําเช่นนั้น นอกเหนือจากการใช้งานขั้นสูงสุดแล้วไฮโดรเจนเย็นพิเศษที่สร้างขึ้นที่ LCLS-II ยังเป็นความอยากรู้อยากเห็นทางวิทยาศาสตร์ในตัวเอง”ที่ 2.0 เคลวินฮีเลียมกลายเป็นซูเปอร์ฟลูอิด, เรียกว่าฮีเลียม II, ที่มีคุณสมบัติพิเศษ,”Fauve กล่าวว่า. ตัวอย่างเช่นมันนําความร้อนสล็อตแตกง่าย
