性能达“怪兽”级别的激光器，以超高发射频率拍摄达原子分辨率照片

用这架机器来看地球上的所有东西，都像是进入到一个全新未知的领域。

据悉，欧洲价值12亿欧元的X射线自由电子激光器（XFEL）将于九月份在德国汉堡开始运行。

这款激光器是以几百飞秒的脉冲来激发出强大的X射线，射线的发射就像是闪光灯一样，通过它科学家可以捕获短暂时间内抖动分子的图像，并且由于其发射频率很高，所以波长足够小，因而该机器得出的图像可以达到原子大小的分辨率。

具体来看，首先一束电子沿着一条长1.7公里的隧道加速，随后磁体通过施加磁力，让电子沿回旋轨道运动，最后电子在回旋轨道的出口处将会发射出一束高能X射线。该射线的包含的能量十分强大，能够摧毁一切物体，但是激光器的速率非常之高，所以可以在物体被摧毁之前记录下物体的结构。

在常规X射线源的结构测定实验中，分子必须包装在晶体中以散射足够的光子以推断其结构。但是，XFEL的X射线包含了大量光子，研究人员可以从大约几纳米的晶体，甚至从分子的非结晶聚集的晶体中收集衍射图，这意味着XFEL可以用于研究难以结晶的蛋白质。通过XFEL，研究人员可以通过在不同的时间点对酶、病毒或催化剂等物质进行快照。

这部大的激光器是世界上仅有的几部机器之一，但它的特色绝不在于其超大的体型，而是其具有无与伦比的发射速率，据了解，它每秒可以发射出2.7万个脉冲。目前，位于加利福尼亚州门洛帕克的SLAC国家加速器实验室的百万匹配线性相干光源（LCLS）的速率仅次于该发射器的速率，但与LCLS相比，该激光器的发射速率比其高出200倍。

坦佩亚利桑那州立大学的物理学家John Spence进一步解释道：“它通过收集同一粒子在不同状态下的大量快照，以构建粒子运动范围的复合图像。XFEL的高脉冲速率使这一过程更快，因此可以为更小的个体颗粒积累结构数据。”

Mancuso还表示，在这台设备上，科学家们能够收集3000多张优质的X射线照片，而在其他设备上则只能收集100多张X射线照片。对此，密西根州威斯康星大学的物理学家Abbas Ourmazd表示，有大量数据十分重要。

此外，从硬件上来看，这台激光器的设备容量比其竞争对手要大的多。与其他XFEL相比，德国汉堡的这台机器有三个独立的波动器来同时产生X射线束，其中每秒可产生2.7万个脉冲。

对于这台发射器，德国汉堡自由电子激光科学中心的生物化学家Arwen Pearson说：“用这架机器来看地球上的所有东西，都像是进入到一个全新未知的领域，这架发射器绝对是一头与众不同的‘怪兽’。”

但是，据了解，欧洲XFEL只会在一段时间内占据首位。因为，SLAC表示，今年开始建设一个价值10亿美元的项目，以发射包含更多光子的激光束。并且SLAC预计，到2020年初，他们能够完成每秒产生100万次脉冲的目标。

最后，记得关注微信公众号：镁客网（im2maker），更多干货在等你！