LCLS-II-HE是加州门洛帕克激光束多年来的第二次升级，它以清晰的细节揭示了一些自然界最微观的奥秘。
美国能源部（Department of Energy）已批准对世界上最强大的X射线自由电子激光器进行新的升级，为在最小尺度上以未来主义的新视角观察世界铺平了道路。
X射线激光器是位于加州门洛帕克的SLAC国家加速器实验室的直线加速器相干光源（LCLS）。像其他线性加速器一样，SLAC的机器以接近光速的速度移动电子，产生X射线，然后可以将X射线定向到微观样品，金属片和其他小物体上，以揭示物体在最小尺度上的工作原理。
一年前，SLAC宣布了LCLS-II的第一束光，这使得线性加速器每秒输出约100万个X射线脉冲，比LCLS亮约8000倍。现在，LCLS-II-HE（“高能”）的工作已经正式开始，它将通过安装长低温模块为加速器的输出提供能量，每个低温模块包含8个超导腔，电子可以通过这些腔穿行。
LCLS的主管迈克·邓恩（Mike Dunne）在一封电子邮件中表示：“每个低温模块都会产生一股微波能量，驱动一束电子移动得越来越快（即获得能量），就像一次又一次地踢一个移动的球一样。每增加一米的低温模块，电子束将获得大约24兆电子伏特的额外能量，”他说。“当它们全部堆叠在一起时，它们将能量从目前的4 GeV （4000 MeV）增加到8 GeV。”
LCLS-II-HE是一个重大项目，耗资7.16亿美元，需要美国几个国家实验室通力合作才能完成。整个升级由23个低温模块组成，由费米国家加速器实验室和托马斯杰斐逊国家加速器设施建造和测试。劳伦斯伯克利国家实验室和阿贡国家实验室设计了摆动电子产生X射线的波动器。密歇根州立大学的稀有同位素光束研究所也是此次重大升级的合作伙伴。
到目前为止，大约95%的低温模腔已经制成，10个超导容器本体已经交付给SLAC。尽管美国能源部最近才全面批准了该项目，但它之前已经批准了LCLS-II-HE组件的制造和交付。
很难总结随着LCLS-II-HE的发展可能发生的所有科学研究进展，该项目预计将于2030年完成，尽管实验最早可能在2027年开始。该装置产生的X射线可以在分子尺度上拍摄反应的清晰影像，揭示从光合作用的基础到金属如何在不同阶段之间转变的一切。
迈克·邓恩表示，本月LCLS的光束时间提案涵盖了一系列领域，包括材料科学、化学和催化、原子、分子和量子科学、天体物理学、核聚变和生物科学。
能源网、我们对宇宙的理解、我们的计算机和互联网 —— 生活的大多数领域都将从SLAC改进的机器中获益。新的升级还将使用机器学习和其他人工智能方法来帮助调整加速器，提高光束性能并分析LCLS产生的数据。会有很多数据；这台机器的产量将从每秒2千兆字节跃升至每秒1000千兆字节以上。
“从实际情况来看，一部典型的在线电影大约是1GB，所以我们每秒要处理相当于1000部电影的数据，在这种情况下，我们需要实时研究每部电影每帧的细微变化！”邓恩解释道。“为了解决这个问题，我们正在开发智能数据系统，可以提取关键信息，并最大限度地压缩数据。”
每天产生超过1PB字节的数据，在原子尺度上分析宇宙的各个方面，该团队将需要能够管理所有这些信息的计算方法。
虽然LCLS-II-HE可能要到本世纪末才能完成，但增强的X射线可能在几年内投入使用。我希望你已经为未来做好了准备 —— 它很快就会到来。
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