Grandes saltos na tecnologia exigem grandes saltos no design - abordagens inteiramente novas que podem tirar o máximo proveito de tudo o que a tecnologia tem a oferecer.

Esse é o pensamento por trás de uma nova iniciativa do Laboratório Nacional de Aceleradores SLAC do Departamento de Energia. Para garantir que os experimentadores possam tirar o máximo proveito de uma grande atualização do laser de raios-X que produzirá feixes de 10, 000 vezes mais brilhante e pulsa até um milhão de vezes por segundo, o laboratório criou uma nova posição - chefe de projeto experimental na Linac Coherent Light Source - e contratou um cientista de raio-X mundialmente conhecido para ocupá-la.

Paul Fuoss (pronuncia-se "foos") olhará para o LCLS e a atualização do LCLS-II de uma nova perspectiva e trabalhará com cientistas e engenheiros em todo o laboratório para projetar instrumentos, sistemas de controle de fácil utilização e fluxos experimentais que aproveitam ao máximo esse salto tecnológico.

Embora a atualização não esteja concluída até o início de 2020, realmente não há tempo a perder, disse o diretor da LCLS, Mike Dunne.

"Estamos à beira de uma transformação de nossas capacidades científicas que é simplesmente inatingível hoje. Quando você dá esses grandes saltos, tem que repensar fundamentalmente como abordar a ciência e o design de experimentos, "Dunne disse.

"Você não pode simplesmente fazer do jeito que fazia antes, mas um pouco melhor. Você tem que abordar a partir de um processo de pensamento completamente novo:qual é o conhecimento científico que você está tentando obter, e quais são os dados científicos que podem iluminar essa nova compreensão, e como isso se traduz em como você obtém esses dados, e como isso influencia a maneira como você projeta as instalações? "

Controlando a complexidade para tornar a ciência mais produtiva

Para Fuoss, o objetivo mais amplo é aumentar a produtividade e melhorar as experiências dos cientistas em fontes de luz de raios-X em todos os lugares.

"Os experimentos se tornaram muito mais complexos nos últimos 20 anos, não apenas no LCLS, mas nas fontes de luz síncrotron, também, "disse ele." Deixamos de controlar experimentos com um único computador e detectar um único pixel de dados por vez para usar vários computadores e detectar mais como um milhão de pixels de uma vez. Nossa capacidade de integrar diferentes ferramentas e computadores e visualizar os dados muitas vezes não acompanhou a tecnologia. E na LCLS, essa complexidade aumentará drasticamente em alguns anos, quando a atualização do LCLS-II se tornar operacional. "

Uma maneira de tornar o trabalho com o LCLS mais simplificado e intuitivo é incorporar recursos amigáveis ​​ao usuário nos instrumentos que vêm a bordo como parte do LCLS-II.

"Muito disso estará trabalhando com os cientistas e engenheiros que estão projetando esses instrumentos para obter os blocos de construção para compatibilidade do usuário lá, "Disse Fuoss." Não faz parte do treinamento básico de cientistas e engenheiros, portanto, esperamos precisar chegar a pessoas que tenham esse conhecimento e fazer com que nos ajudem. "

De outra forma, ele disse, é criar ferramentas que permitam aos cientistas visualizar seus dados à medida que são coletados, para que eles possam entender o que está acontecendo em tempo real.

"Há muitas peças diferentes que precisam ser coordenadas, "Disse Fuoss." Todos eles estão sendo feitos, mas precisamos trazer um foco unificado e garantir que não haja barreiras desnecessárias. Em última análise, você deseja integrar esse tipo de coisa nas atividades de desenvolvimento do dia a dia de todos. "

Raios X, Invenções e interfaces humanas

Fuoss tem raízes profundas no SLAC. Originalmente de Dakota do Sul, onde ele cresceu em um rancho, ele se formou em física na Escola de Minas e Tecnologia da Dakota do Sul e veio para a Universidade de Stanford em 1975 para fazer pós-graduação. Ele acabou fazendo sua pesquisa de pós-graduação no SLAC, usando raios X do que mais tarde se tornou o Stanford Synchrotron Radiation Lightsource (SSRL) para investigar materiais.

Depois de obter um PhD, Fuoss passou a fazer pesquisas na Bell Laboratories, AT&T Laboratories e Argonne National Laboratory. Ele tem sido um usuário ativo de SSRL e outras fontes de luz e desenvolveu uma série de novas técnicas para explorar materiais com raios-X, muitos dos quais agora são padrão em fontes de luz em todo o mundo; em 2015 recebeu o Prêmio Farrel W. Lytle do SLAC por este trabalho. Fuoss também desempenhou um papel importante no projeto do LCLS.

Em meados da década de 1990, enquanto pesquisador da AT&T Laboratories, Fuoss fez um desvio de seis anos no mundo do design de interface humana e pesquisa de fatores humanos - o estudo de como as pessoas interagem com a tecnologia, de cockpits de avião para sua copiadora de escritório. Naquela época, ele se concentrou em tornar os sistemas de telecomunicações e interfaces da web mais amigáveis ​​ao usuário. Essa experiência também pode ser aplicada ao projeto experimental LCLS.

"Paul tem uma formação incrível, "Dunne disse." Ele traz uma compreensão profunda da natureza da ciência de raios-X, uma compreensão de todos os instrumentos e peças técnicas, e, em seguida, uma compreensão do que estamos tentando alcançar cientificamente. "

Obtendo o máximo do Beam Time

Ao contrário das fontes de luz síncrotron, que pode ter dezenas de linhas de luz de raios-X e muitos experimentos acontecendo simultaneamente, a versão atual do LCLS tem apenas um feixe poderoso, um bilhão de vezes mais brilhante do que qualquer disponível antes, cujos pulsos chegam até 120 vezes por segundo. Em teoria, isso limita a facilidade de fazer um experimento por vez.

Mas nos sete anos desde que foi inaugurado, cientistas e engenheiros descobriram várias maneiras de contornar essa limitação, como dividir o feixe para que ele possa ser aplicado a dois ou mais experimentos ao mesmo tempo. Ao mesmo tempo, eles reduziram o tempo de inatividade entre os experimentos, agendando experimentos semelhantes consecutivos, para que eles não precisem trocar o equipamento com tanta frequência. Estas e outras medidas aumentaram o número de experimentos executados por ano em 72 por cento de 2014 a 2016, e LCLS recentemente ultrapassou o marco de hospedar mais de 1, 000 usuários por ano.

LCLS-II irá adicionar um segundo feixe de laser de raios-X, aumentando ainda mais a capacidade da instalação. Continuando a encontrar maneiras de inserir mais experimentos e, ao mesmo tempo, tornar a maneira como as pessoas interagem com o LCLS mais direta, Fuoss disse, "Podemos melhorar a produtividade e permitir que os usuários científicos tenham um papel mais prático na coleta de dados real. Isso reduzirá a carga sobre a equipe do LCLS e levará a uma melhor experiência para os cientistas que vêm aqui para usá-lo . "