I zidentyfikowali to. W 1967 roku zespół naukowców z SLAC i MIT zbadał jądro atomów wodoru i deuteru za pomocą wiązek elektronów. Zauważyli elektrony rozpraszające się na „twardych ziarnach” w centrach protonów i neutronów. Było to pierwsze rzeczywiste zarejestrowanie kwarków, które obecnie znamy jako podstawowe bloki całej materii. Za to naukowcy otrzymali Nagrodę Nobla w dziedzinie fizyki. Innego Nobla otrzymał Martin Perl, gdy odkrył lepton tau, cząstkę 3500 razy masywniejszą od swojego kuzyna, elektronu. Trzeciego Nobla w dziedzinie fizyki otrzymał w 1995 roku za ujawnienie struktury kwarka.

Podczas gdy wszyscy skupiali się na rozbijaniu cząsteczek i wnikaniu głębiej w molekuły, kilku naukowców ze SLAC zaczęło budować małe klatki na akceleratorze, aby eksperymentować z produktem ubocznym wszystkich tych elektronów przechodzących przez akcelerator – promieniami rentgenowskimi. Pomysł polegał na wykorzystaniu promieni rentgenowskich do badania materiałów. Wkrótce jednak zdali sobie sprawę, że może to być nowe narzędzie do oglądania wnętrza cząstek.

W latach 2000. laboratorium zdecydowało się przejść z lasera elektronowego na laser rentgenowski, który wykorzystywałby istniejący 2-milowy liniowy akcelerator laboratorium. Miałby on wytwarzać wiązkę elektronów o wysokiej energii. Seria magnesów zmuszałaby te elektrony do poruszania się. To poruszanie się uwalniałoby energię w postaci wiązek światła rentgenowskiego, co pozwoliłoby naukowcom badać układy atomowe i molekularne, których nigdy wcześniej nie obserwowano.

W latach 70. uruchomiono Stanford Synchrotron Radiation Lightsource (SSRL). W kwietniu 2009 r. Linac Coherent Light Source (LCLS) został po raz pierwszy uruchomiony, aby wykonać zdjęcia rentgenowskie atomów i cząsteczek. Od tego czasu laboratorium gościło tysiące naukowców, którzy zajmowali się obrazowaniem – od obserwacji pojedynczych żywych komórek wirusów po określanie struktur delikatnych białek i kręcenie filmów z reakcji chemicznych na poziomie molekularnym.

W zeszłym roku LCLS został ulepszony, aby generować mocniejsze światło rentgenowskie. LCLS 2 wykonuje około miliona błysków rentgenowskich na sekundę i jest 10000 razy jaśniejszy. Maszyna może być używana do badania ultrakrótkich zjawisk w skali atomowej – do głębszych badań nad materiałami kwantowymi, czystą energią i medycyną.

Dzięki niemu w ciągu najbliższej dekady naukowcy będą mogli szczegółowo zbadać materiały kwantowe, opracować nowe formy komunikacji i obliczeń, ujawnić nieprzewidywalne zdarzenia chemiczne i dowiedzieć się, w jaki sposób cząsteczki biologiczne pełnią funkcje życiowe.

Wychodzę po sprawdzeniu LCLS 2, oszołomiony. To niesamowite narzędzie – technologiczny wyczyn stworzony przez ludzi, do badania drobnych fizycznych interakcji cząsteczek. I to nie wszystko. SLAC zainstalował już w Chile kamerę o rozdzielczości 3200 megapikseli. Legacy Survey of Space and Time (LSST), jak się to nazywa, wykona wiele zdjęć głębokiej przestrzeni w ciągu 10 lat, aby zbadać ciemną energię, która napędza przyspieszającą ekspansję wszechświata i ciemną materię, tajemniczą substancję, która stanowi około 85% wszechświata.

Znajdujący się w ciemnym Obserwatorium Rubina w Chile, ma stworzyć najbardziej informatywną mapę nocnego nieba. Podczas katalogowania obiektów nocnego nieba dla naukowców, kamera LSST będzie również szukać oznak słabego soczewkowania grawitacyjnego, w którym masywne galaktyki subtelnie zaginają ścieżki światła z galaktyk tła, które docierają do nas. Słabe soczewkowanie ujawni więcej na temat rozkładu masy we wszechświecie i tego, jak zmieniał się on w czasie. W ciągu roku, gdy ta maszyna stanie się aktywna, będziemy mogli odkryć nowe rzeczy na temat ciemnej materii i ciemnej energii.

SLAC pokazuje, dlaczego rozwinięte kraje nadal przodują w dziedzinie najnowocześniejszej technologii i nauki. Podobnie jak samochód wyścigowy, jest to zarówno inwestycja, jak i wyobraźnia. Każde nowe narzędzie, które powstaje, popycha badania naukowe do przodu. Od dogłębnego badania najdrobniejszych interakcji chemii i biologii po możliwość obserwowania ciemnej materii w oddali. A każde z tych narzędzi kosztuje miliony dolarów. SLAC zużywa 1/3 energii Palo Alto. To miliony dolarów w rachunkach za energię każdego roku, aby produkować silne promienie rentgenowskie do badań. W 2019 r. koszty operacyjne laboratorium wyniosły 541,5 miliona dolarów. Wydanie takiej kwoty na jedno laboratorium do prowadzenia badań jest samo w sobie cudem.

Shweta Taneja jest autorką i dziennikarką mieszkającą w Bay Area. Jej dwutygodniowy felieton będzie odzwierciedlał, w jaki sposób wschodząca technologia i nauka zmieniają społeczeństwo w Dolinie Krzemowej i poza nią. Znajdź ją online na @shwetawrites. Wyrażone poglądy są osobiste.