미래 과학을 열다: LCLS-II 업그레이드로 탄생한 초고속 X선 레이저 도구들

미국의 슬랙 국립가속기연구소(LCLS)는 LCLS-II 업그레이드로 초고속 X선 레이저 펄스를 초당 100만 번까지 발생시켜, 과학자들이 원자 및 분자 수준에서 물질의 동적 과정을 실시간으로 관측할 수 있는 새로운 시대를 열었다. 이 업그레이드로 인해 기존에 불가능했던 고해상도 실험이 가능해졌으며, 특히 리조넌트 비탄성 X선산란(RIXS) 기술을 활용하는 qRIXS와 chemRIXS 두 가지 새로운 분석 도구가 도입됐다. qRIXS는 고온 초전도체와 같은 양자물질의 에너지 흐름과 원자 상호작용을 프레임 단위로 촬영할 수 있게 해주며, chemRIXS는 희석된 액체 샘플에서도 정밀한 화학 반응 분석이 가능해져 자연광합성의 중간 단계 연구에 기여한다. 또한 TMO(시간해상도 원자·분자·광학 과학) 실험구역에서는 전자 방출 순간을 정밀 측정하는 MRCO와, 단일 분자가 폭발하는 과정을 고해상도로 재구성하는 DREAM이라는 혁신적 도구가 등장했다. DREAM은 수백만 번의 X선 충격을 통해 분자 반응의 ‘영화’를 제작할 수 있으며, 기존에는 수년이 걸렸던 연구가 단시간 내 가능해졌다. 이처럼 대량의 데이터 생성은 AI 기반 분석 모델 개발에도 활용되며, 향후 새로운 재료 탐색과 가속기 운영 최적화를 가속화할 전망이다.