Aux États-Unis, à trente mètres sous terre, à deux pas de l'université de Stanford, des scientifiques sont en train de peaufiner les derniers réglages du plus puissant rayon X. Il pourrait révolutionner la façon d'étudier les éléments constitutifs de l'Univers.

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Voici le Linac Coherent Light Source II, ou LCLS-II. Il se niche trente mètres sous terre dans les installations du Slac, le laboratoire de l'accélérateur de particules situé à proximité de l'université de Stanford, aux États-Unis. Il s'agit du plus puissant laser à rayon X. Ce type de faisceau est constitué à partir d'un accélérateur de particules.

C'est en traversant une série d'aimantsaimants qu'il vient produire le rayon Xrayon X. Ce dernier est capable de chauffer en moins d'un milliardième de seconde des atomesatomes à un million de degré. Une façon de vider des atomes de leurs électronsélectrons pour les examiner ou bien permettre de « filmer » l'évolution d'une moléculemolécule en interaction avec une autre ou bien encore la structure de certaines protéinesprotéines. Il s'agit d'une sorte microscope à résolution atomique. Les scientifiques peuvent utiliser ces rayons X pour créer ce qu'ils appellent des films moléculaires.

Vidéo de présentation du LCLS, la première mouture du rayon X. © Slac

1000.000 d’impulsions par seconde

Son prédécesseur, le LCLS, était déjà capable de produire des impulsions de rayons X mille fois plus lumineuses que tout ce qui existe en la matièrematière. Avec cette version 2, le laserlaser à rayon X sera 10.000 fois plus lumineux que son prédécesseur. Le laser se trouve dans le tunnel de 3 km de long de l'ancien accélérateur de particules linéaire du centre. Alors que le LCLS culminait à 120 impulsions lumineuses par seconde, cette nouvelle mouture parviendra à produire jusqu'à 1 million d'impulsions par seconde, soit une impulsion en dessous d'une femtosecondefemtoseconde.

Le laser à rayons X LCLS-II, en bleu, à gauche, est représenté à côté du LCLS existant en rouge, à droite. Le LCLS utilise le dernier tiers de l'accélérateur linéaire de 3 km du Slac, une structure creuse en cuivre qui fonctionne à température ambiante et permet de générer 120 impulsions de rayons X par seconde. Pour LCLS-II, le premier tiers de l'accélérateur en cuivre sera remplacé par un supraconducteur, capable de créer jusqu'à 1 million d'éclairs de rayons X par seconde. © Laboratoire national des accélérateurs, Slac
Le laser à rayons X LCLS-II, en bleu, à gauche, est représenté à côté du LCLS existant en rouge, à droite. Le LCLS utilise le dernier tiers de l'accélérateur linéaire de 3 km du Slac, une structure creuse en cuivre qui fonctionne à température ambiante et permet de générer 120 impulsions de rayons X par seconde. Pour LCLS-II, le premier tiers de l'accélérateur en cuivre sera remplacé par un supraconducteur, capable de créer jusqu'à 1 million d'éclairs de rayons X par seconde. © Laboratoire national des accélérateurs, Slac

Une telle vélocité augmente énormément la définition de ce que les scientifiques peuvent « voir » et permettra d'accéder à des expériences qui étaient jusqu'alors impossibles à réaliser. Les chercheurs ont dû revoir la conception du générateurgénérateur de rayons X pour pouvoir canaliser son dégagement de chaleurchaleur. Pour cela, ils ont intégré une série de modules supraconducteurs maintenus à -271 °C. En ce dernier jour de l'année, les chercheurs sont en train de réaliser les derniers réglages pour pouvoir tester le LCLS-II en activant son premier faisceau dès le mois de janvier. Le véritable rayon X devrait être généré au cours de l'été prochain.