Hamborg, Ingeniøren
I det 20. århundrede skabte naturvidenskaben nogle af sine største triumfer ved at fokusere på struktur; fra Niels Bohrs atommodel til den tredimensionelle atomare opbygning af ribosomet, proteinfabrikken i alle levende organismer, som består af en halv million atomer. Strukturen er afgørende for funktionen af ethvert molekyle; fast stof, polymer, katalysator, kemikalie, protein, fedtstof eller lægemiddel. Men alligevel er strukturen kun udgangspunktet for at forstå, hvordan molekylære maskiner udfører deres talløse opgaver. Så lad os spille ud med en dristig forudsigelse: Dynamik bliver nøgleordet for naturvidenskaben i dette nye århundrede.

Eventyret er allerede startet. Med femtosekundlasere er forskere begyndt at undersøge de hurtigste kemiske og biokemiske reaktioner live. Men indtil videre har laserlysets bølgelængder været for lange til at se individuelle atomer i molekyler.
Kun hård røntgen kan klare den opgave, og på den europæiske synkrotron ESRF i Grenoble har den danske fysiker Michael Wulff været pioneren, når det gælder om at optage atomare film af biomolekyler i aktion. På synkrotroner er tidsskalaen picosekunder, og det sætter begrænsninger, fordi målingerne er tusind gange for langsomme til at fange alle trinnene i den slags reaktioner.

For at holde trit med naturen er der brug for røntgenlasere, der udsender femtosekundpulser, og i det næste årti vil forskere i Europa, USA og Japan få dem.

Lige nu kan man på det nærmeste føle, hvordan frontforskningens ånd huserer på Deutsch Elektronen Synkrotron (Desy) i Hamborg. Her findes den nye 260 meter lange pilot facilitet FLASH (Fri-elektron LASer i Hamburg), der netop har sat verdensrekord ved at frembringe pulser på kun ti femtosekunder af ultraviolet laserlys med bølgelængder ned til 13,1 nanometer. Efter en opgradering i 2007 kommer bølgelængden ned på 6,5 nanometer og når ind i blød røntgen. Samtidig har de første eksperimenter på FLASH styrket overbevisningen om, at det bliver muligt at filme naturens ultrahurtige dynamik på atomart plan, når forsøgene om syv år starter på den 3,4 kilometer lange europæiske fri-elektron røntgenlaser XFEL (X-ray Free-Electron Laser).

XFEL skal producere femtosekundpulser af hård røntgen med bølgelængder ned til 0,1 nanometer, som kan vise atomare strukturer.

»Indtil nu har røntgen vist os strukturen af molekyler i deres grundtilstand. XFEL vil kunne følge kemiske og biokemiske reaktioner på atomart niveau. For første gang nogensinde vil vi kunne se, hvordan molekylære maskiner virkelig arbejder,« siger Desy's direktør Jochen Schneider.

Imens kører ræset efter at bygge fri-elektron røntgenlasere også på fulde omdrejninger i USA og Japan. I 2009 starter forsøgene på Linac Coherent Light Source (LCLS) ved Stanford University i Californien. LCLS vil levere kohærente femtosekund røntgenpulser med bølgelængder ned til 0,15 nanometer og bliver den første maskine, som kan vise individuelle atomer. I 2011 følger japanerne trop med acceleratoren, Spring-8 Compact SASE Source (SCSS).