Los grandes avances en tecnología requieren grandes avances en diseño:enfoques completamente nuevos que pueden aprovechar al máximo todo lo que la tecnología tiene para ofrecer.

Ese es el pensamiento detrás de una nueva iniciativa en el Laboratorio Nacional Acelerador SLAC del Departamento de Energía. Para asegurarse de que los experimentadores puedan aprovechar al máximo una importante actualización del láser de rayos X que producirá haces de 10, 000 veces más brillante y pulsa hasta un millón de veces por segundo, el laboratorio ha creado un nuevo puesto:jefe de diseño experimental en la fuente de luz coherente de Linac, y ha contratado a un científico de rayos X de renombre mundial para ocuparlo.

Paul Fuoss (pronunciado "foos") analizará LCLS y la actualización LCLS-II desde una nueva perspectiva y trabajará con científicos e ingenieros de todo el laboratorio para diseñar instrumentos, sistemas de control fáciles de usar y flujos experimentales que aprovechan al máximo este salto tecnológico.

Aunque la actualización no finalizará hasta principios de la década de 2020, realmente no hay tiempo que perder dijo el director de LCLS Mike Dunne.

"Estamos al borde de una transformación de nuestras capacidades científicas que es simplemente inalcanzable en la actualidad. Cuando das estos grandes saltos, tienes que repensar fundamentalmente cómo enfocas la ciencia y el diseño de experimentos, "Dijo Dunne.

"No puedes simplemente hacerlo de la forma en que lo hacías antes, sino un poco mejor. Tienes que abordarlo desde un proceso de pensamiento completamente nuevo:¿Cuál es el conocimiento científico que estás tratando de obtener? y cuáles son los datos científicos que podrían iluminar esa nueva comprensión, y cómo se traduce eso en cómo obtiene esos datos, y ¿cómo influye eso en la forma en que diseña la instalación? "

Domesticar la complejidad para hacer que la ciencia sea más productiva

Para Fuoss, el objetivo más amplio es aumentar la productividad y mejorar las experiencias de los científicos en las fuentes de luz de rayos X en todas partes.

"Los experimentos se han vuelto mucho más complejos durante los últimos 20 años, no solo en LCLS sino en fuentes de luz de sincrotrón, también, ", dijo." Hemos pasado de controlar experimentos con una sola computadora y detectar un solo píxel de datos a la vez a usar varias computadoras y detectar más como un millón de píxeles a la vez. Nuestra capacidad para integrar diferentes herramientas y computadoras y visualizar los datos a menudo no se ha mantenido al día con la tecnología. Y en LCLS, esa complejidad aumentará drásticamente en unos pocos años cuando la actualización LCLS-II entre en funcionamiento ".

Una forma de hacer que trabajar con LCLS sea más ágil e intuitivo es incorporar funciones fáciles de usar en los instrumentos que vienen a bordo como parte de LCLS-II.

"Mucho de eso será trabajar con los científicos e ingenieros que están diseñando esos instrumentos para obtener los componentes básicos para la compatibilidad del usuario, ", Dijo Fuoss." No es parte de la formación básica de científicos e ingenieros, por lo que esperamos que tengamos que acercarnos a las personas que tienen esa experiencia y conseguir que nos ayuden ".

De otra manera, él dijo, es crear herramientas que permitan a los científicos visualizar sus datos a medida que se recopilan, para que puedan comprender lo que está sucediendo en tiempo real.

"Hay muchas piezas diferentes que deben coordinarse, "Dijo Fuoss." Todos ellos se están haciendo actualmente, pero necesitamos traer un enfoque unificado y asegurarnos de que no haya barreras innecesarias. Por último, desea integrar este tipo de cosas en las actividades de desarrollo diarias de todos ".

Rayos X, Inventos e interfaces humanas

Fuoss tiene raíces profundas en SLAC. Originario de Dakota del Sur, donde creció en un rancho, obtuvo una licenciatura en física en la Escuela de Minas y Tecnología de Dakota del Sur y llegó a la Universidad de Stanford en 1975 para realizar un posgrado. Terminó haciendo su investigación de posgrado en SLAC, utilizando rayos X de lo que más tarde se convirtió en la fuente de luz de radiación de sincrotrón de Stanford (SSRL) para investigar materiales.

Después de obtener un doctorado, Fuoss continuó investigando en Bell Laboratories, Laboratorios AT&T y Laboratorio Nacional Argonne. Ha sido un usuario activo de SSRL y otras fuentes de luz y ha desarrollado una serie de nuevas técnicas para explorar materiales con rayos X, muchos de los cuales ahora son estándar en fuentes de luz de todo el mundo; en 2015 recibió el premio Farrel W. Lytle de SLAC por este trabajo. Fuoss también jugó un papel en el diseño de LCLS.

A mediados de la década de 1990, mientras era investigador en AT&T Laboratories, Fuoss tomó un desvío de seis años hacia el mundo del diseño de interfaces humanas y la investigación de factores humanos:el estudio de cómo las personas interactúan con la tecnología, desde las cabinas de los aviones hasta la fotocopiadora de su oficina. En aquel momento, se centró en hacer que los sistemas de telecomunicaciones y las interfaces web fueran más fáciles de usar. Esta experiencia también se puede aplicar al diseño experimental de LCLS.

"Paul tiene una experiencia increíble, ", Dijo Dunne." Él aporta esa profunda comprensión de la naturaleza de la ciencia de los rayos X, un conocimiento de todos los instrumentos y piezas técnicas, y luego una comprensión de lo que estamos tratando de lograr científicamente ".

Aprovechar al máximo el tiempo de haz

A diferencia de las fuentes de luz de sincrotrón, que puede tener docenas de líneas de rayos X y muchos experimentos en marcha simultáneamente, la versión actual de LCLS tiene un solo haz potente, mil millones de veces más brillante que cualquier otro disponible antes, cuyos pulsos llegan hasta 120 veces por segundo. En teoría, esto limita la facilidad a realizar un experimento a la vez.

Pero en los siete años desde que abrió, Los científicos e ingenieros han ideado varias formas de sortear esa limitación, como dividir el haz para que se pueda enviar a dos o más experimentos a la vez. Al mismo tiempo, redujeron el tiempo de inactividad entre experimentos programando experimentos similares uno tras otro, para que no tengan que cambiar el equipo con tanta frecuencia. Estas y otras medidas aumentaron la cantidad de experimentos realizados por año en un 72 por ciento entre 2014 y 2016, y LCLS superó recientemente el hito de alojar más de 1, 000 usuarios por año.

LCLS-II agregará un segundo rayo láser de rayos X, aumentando aún más la capacidad de la instalación. Al continuar encontrando formas de incluir más experimentos y, al mismo tiempo, simplificar la forma en que las personas interactúan con LCLS, Fuoss dijo, "Podemos mejorar la productividad y permitir que los usuarios científicos tengan un papel más práctico en la recopilación de datos real. Eso reducirá la carga del personal de LCLS y conducirá a una mejor experiencia para los científicos que vienen aquí para usarlo. . "