10 лет исполнилось амбициозному европейскому научному проекту — созданию крупнейшего в мире лазера на свободных электронах, который может отслеживать самые быстрые химические реакции. В работе над установкой, которая располагается в немецком Гамбурге, принимали участие 12 стран, включая Россию. Два года назад оборудование ввели в эксплуатацию, и уже есть первые результаты.
XFEL — рентгеновский лазер на свободных электронах. 3,5-километровый тоннель. На одном конце генератор импульсов, на другом научные инструменты. Между ними труба. Генератор выстреливает в нее пучки электронов, которые, разгоняясь до околосветовых скоростей, производят рентгеновское излучение. Приборы улавливают и получают снимки всего, через что оно прошло. Например, рентген молекулы белка.
XFEL — уникальная установка, и поэтому любая аналогия будет хромать, но ближе всего — кинокамера. Только обычный пленочный аппарат делает 24 кадра в секунду, а эта машина 27 тысяч кадров в секунду.
Но главное в этой кинокамере — ее выдержка, то есть продолжительность одного импульса: несколько квадрильонных долей секунды. А это как раз скорость протекания химических реакций. Рентгеновские снимки выстраивают в ряд, а ряд снимков — это уже кино.
"Мы хотим посмотреть на биомолекулы, которые могут быть важны для медицины или технических разработок. К примеру, биомолекулы, которые принимают участие в трансформации света в химическую энергию. Как они меняются с течением времени? Как они меняются, если я бью по ним лучом света? Как она двигается? Мы делаем маленькие фильмы", — поясняет старший научный сотрудник Адриан Манкузо.
Понятный образ — футбол: раньше ученые наблюдая за преобразованием вещества узнавали только счет игры, теперь они приобретают возможность увидеть сам матч от начала и до конца.
"Вот сегодня мы технологии делаем как. Вот взяли минерал, и мы знаем, как он устроен, как расположены атомы и какие свойства. И потом мы пытаемся это воспроизвести. Но ведь эти атомы в процессе либо рождения Вселенной, либо химической реакции, пришли в эти положения. И нам бы надо увидеть не конечное положение этого, а как они двигались сюда. И тогда мы у природы подсмотрим, как она создавала все в подлунном мире. Вот этот прибор является важнейшей вехой", — подчеркивает президент Национального исследовательского центра "Курчатовский институт" Михаил Ковальчук.
В основе XFEL лежит советская технология рентгеновских лазеров. России принадлежит 27% процентов в проекте и она — основной его интеллектуальный донор. Но через несколько лет российским ученым, возможно, не придется ездить с экспериментами в Гамбург. XFEL — вещь фантастическая, но национальный проект "Наука" может и его сделать вчерашним днем.
"Есть еще одно решение, очень важное для России, и мы планируем, что к концу 2024 года мы его оформим, как большой проект. Это создание вообще новой установки, которая будет существенно выше классом, чем те, которые сейчас существуют в мире", — заявила заместитель председателя правительства РФ Татьяна Голикова.
Запуск российского лазера может быть осуществлен в 2027 году. К этому времени ученое сообщество как раз научится работать на XFEL, чтобы перейти к чему-то помощнее. И это точно будет очень интересное кино.
Михаил Антонов
