10年以上にわたり世界最強のX線レーザーの開発に取り組んできた技術者たちが、ついにこの装置による初観測に成功した。これは、新たにエネルギーを得たこの装置を使った科学研究が間もなく始まることを意味している。
このレーザーは、線形加速器（Linac、Linear Acceleratorの略）コヒーレント光源II（LCLS-II）と呼ばれ、高エネルギーX線を生成するために使用されます。このX線は、物質の最も微細な動きや相互作用を観察するために使用されます。Gizmodoは昨年、LCLSの詳細な分析記事を掲載しており、加速器内部の写真はこちらでご覧いただけます。
LCLS-IIは毎秒100万回のX線パルスを生成します。これは、従来のLCLSの毎秒120回から大幅に向上した数値です。新しいX線は、従来の装置と比べて1万倍の明るさとなり、従来の装置では観測できなかった現象を文字通り解明することになるでしょう。
「光子の数が増えたので、科学研究に使えるX線も大幅に増えました」と、加速器局の副所長アンドリュー・バリル氏は2021年秋にギズモードに語った。「データ収集の場合、1秒間に120ショットだと時間がかかります。しかし、1秒間に100万ショットなら、全く時間がかかりません。」
「SLACのLCLS-IIから発せられる光は、宇宙における最小かつ最速の現象を照らし出し、人間の健康から量子材料科学に至るまで、幅広い分野における大きな発見につながるでしょう」と、米国エネルギー長官ジェニファー・M・グランホルム氏はSLACの発表で述べた。「現存する最強のX線レーザーへの今回のアップグレードにより、米国はX線科学の最前線を維持し、原子レベルで私たちの世界がどのように機能しているかを垣間見ることができるようになります。」
全長2マイル（約3.2キロメートル）のこの加速器は、SLAC国立加速器研究所の一部であり、カリフォルニア州メンロパークの地下に設置されています。14年間にわたり、科学者たちはこのX線を用いて、最も硬い金属から光合成まで、あらゆるものを観測してきました。10億ドル規模のLCLS-IIの建設にあたり、エンジニアたちはクライオプラントを建設し、線形加速器を華氏マイナス456度（摂氏マイナス271度）まで冷却する必要がありました。
「私は17年間LCLSプロジェクトに携わってきました。最初のプロジェクトにも携わり、2番目のプロジェクトも誕生から死に至るまで見届け、そして3番目のプロジェクトに着手しました」と、LCLS-IIプロジェクトディレクターのグレッグ・ヘイズ氏はギズモードとのビデオ通話で語った。「これは私の成人後のキャリアの大部分を占めています。私にとって非常に大きな意味を持っています。SLACとエネルギー省がここで提供しているのは、今後20～30年にわたって科学研究に活用されるツールなのです。」
クライオプラントのマネージャー、エリック・フォーブ氏は2021年にギズモードの取材に対し、ファーストライトは2022年秋に予定されていると語っていました。しかし、いつものことながら、スケジュールは変動し、3月には強風によってSLACキャンパスの木々が倒れ、線形加速器への電力供給が3日間停止しました。加速器は過熱してしまい、極寒の温度まで冷却する必要がありました。この強風により、チームは最終的に5ヶ月間の損失を被りました。
ファーストライトの達成は、SLACのLCLS-IIチームがプロジェクトの完了に必要なX線パラメータを実証したことを意味します。LCLS-IIではまだ科学実験は行われていません。アップグレードされた加速器の最初のユーザーは11月に到着する予定です。今後数ヶ月は、アップグレードされた加速器が科学実験に適していることを確認するための最終チェックに費やされます。LCLS-IIの最終的なコミッショニングは、今後数年間にわたって継続されます。
でも、シートベルトを締めてください。分子の動画に興味があろうと、携帯電話のバッテリー効率の向上に興味があろうと、科学技術の未来は今、メンロパークの丘の下で起こっています。
続き：アメリカの最新粒子加速器の中を歩いてみた
