探索磁力弹弓效应：双向加速器原理揭秘

弹弓效应的加速。磁力弹弓效应制作双向加速器原理是利用了弹弓效应的加速产生的动力制造而成的。弹弓效应是一个物理名词，指的是小天体、人造太空飞行器等借助大质量天体重力获得更大动能。

科学纪实：走进美国SLAC国家加速器实验室，了解LCLS-II设施位于美国加利福尼亚州的一个升级版的粒子加速器，即将为一些令人难以置信的科学提供动力。上图：SLAC国家加速器实验室的直线加速器大楼。科学家们正准备释放一种异常强大的X射线束，这将有助于揭示宇宙如何在最微小尺度上运行的秘密。由于科学家们对位于加利福尼亚州门洛帕克（MenloPark）的2英里长的粒子加速器进行了升级，才使得这种光束成为可能，该加速器将会把电子激发到光速的99.%（大约每小时6.7亿英里），从而产生有望解开光合作用基础和材料如何导电等谜团的图像。

SLAC国家加速器实验室的新X射线，将比之前的装置产生的X射线亮1万倍，这一改进将开启材料和原子研究的新时代。这类科学逐渐改变了我们对更大事物的理解，比如电网、计算机和新药物。现在需要做的工作就是，把加速器冷却到-456华氏度，并调整整个结构，这样穿过它的电子就能以足够快的速度产生每秒100万次的X射线脉冲。激光的冷却从三月开始，应该在四月底结束。去年秋天，加速器委员会实验室副主任安德鲁·伯里尔就曾表示：就科学而言，这对国家和世界都很重要，因为通过科学进步，我们都得到了更好的智能手机，可以与遥控器交谈，以及所有这些我们可以制造的东西。我们大多数人都认为这些东西是理所当然的，大多数人并不关心冰箱是如何工作的，他们只想让它工作。我们的智能手机也是如此，我们的互联网提供商也是如此。但通过这些科学进步，它有助于改善所有这些事情。

这种新型激光器被称为Linac（用于直线加速器）相干光源-II，简称LCLS-II，它将与已有13年历史的前身一起工作。最初的LCLS是世界上第一个硬X射线自由电子激光器——这意味着它通过围绕未附着在原子核上的电子移动产生最高能量的X射线（电磁光谱上伽马射线之前的最后一站）。LCLS会在2英里长的管子中加速电子，每秒产生120个X射线脉冲。在加速器的远端，研究人员将X射线束对准他们的实验，生成的图像远比任何拍摄骨折的图像都要详细得多。新的LCLS-II功能类似，但其使用超导体使X射线输出跃升至每秒100万个脉冲——超过了今天任何其他设施的能力。

上图：2021年10月对LCLS的激光束线进行维护。LCLS-II对改善日常科技有重大意义。除非你非常固执，否则你今天使用的手机和你在2010年使用的手机肯定是不一样的。事实上，你十年前用过的手机电池很可能早就坏了。但在去年，LCLS的研究人员发明了一种新的电池设计，它可以将一个重型电池组件的重量减轻80%，并能自动熄灭任何电池火灾。对药品和智能手机等现代产品的改进，是在最小的尺度上进行的（在原子层面上解决问题），这改变了我们日常生活中宏观物体的形状和设计。

【仪器】在SLAC国家加速器实验室，不同类型的调查（无论研究人员是在探索有机材料还是爆炸小块金属）会使用不同的仪器。LCLS-II的X射线脉冲升级将全面提供帮助，使科学家能够在分子尺度上拍摄反应的电影。以每秒一百万次脉冲的速度，SLAC有效地将这些分子电影从定格动画升级到了4K。例如，相干X射线成像仪器可用于观察蓝藻中的蛋白质在被激光粉碎时如何反应。LCLS-II将提高科学家对该反应的了解程度。哥伦比亚大学的生物物理学家詹姆斯·巴克斯特说：目前，我们的想法是，我们在X射线束前进行采样（以捕捉反应），但由于X射线之间存在间隙，很多东西被浪费了。但是，当我们有更多的X射线进入时，我们将获得更多的照片，以更快、更有效的方式获得数据，而样本更少。

上图：一名研究人员举起一根针，该针在相干X射线成像仪器中发射样本。