Dopings lāzera zibspuldzēm

Izstrādāta jauna pieeja rentgenstaru intensitātes palielināšanai

Skats vakuuma kamerā: No augšas telpā ar hēliju piepildīta caurule izvirzās. Ja to pārvieto ar lāzera zibspuldzi (violets), tiek ģenerēti īpaši īsi rentgenstaru impulsi. © József Seres
lasīt skaļi

Daudzi zinātnieki sapņo par iespēju tieši novērot atomu un elektronu uzvedību. Tomēr tas ir iespējams tikai ar ārkārtīgi īsiem rentgena zibspuldzēm. Tagad fiziķi ir spēruši izšķirošu soli šajā problēmā. Kā viņi ziņo žurnālā "Dabas fizika", viņi ir atraduši veidu, kā ievērojami palielināt rentgena intensitāti.

Skatam ar sīpolu šūnām caur gaismas mikroskopu jābūt pazīstamam katram skolēnam. Bet, ja viņš vēlas iekļūt dziļāk mikrokosmosā, tad ar redzamo gaismu nepietiek, lai attēlotu sīkas struktūras. Piemēram, atomu pozīciju var noteikt tikai ar rentgena stariem. Ja kāds arī vēlas noteikt atomu kustības, ir nepieciešams pulsēts rentgenstarojums, ti, rentgena zibšņu secība.

"Impulsa ilgums atbilst kameras ekspozīcijas laikam. Tam jābūt tik īsam, lai atomi šajā laikā būtiski nekustas, pretējā gadījumā attēls tiks izplūdis ", skaidro profesors Kristians Spīlmans no Vircburgas Universitātes Fizikas institūta. Tomēr viņš šeit nerunā par tipiskām kameru ekspozīcijām sekundes tūkstošdaļās. Tas drīzāk nozīmē miljardu līdz sekundes simtdaļu vai, lietojot fiziķu valodu, femto līdz attoseconds.

Visīsākie rentgenstaru impulsi visā pasaulē

Lai ģenerētu šādus īsus rentgena impulsus, pētījumos tiek izmantotas divas stratēģijas. Vācu elektronu sinhrotronā DESY, lielākajā Hamburgas pētniecības institūtā, šim nolūkam tiek izstrādāts rentgena lāzers. Minhenes, Vīnes un Vircburgas fiziķi tomēr izmanto atšķirīgu pieeju, kuru var viegli īstenot universitātes laboratorijā. Vīnes Tehnoloģiju universitātē viņi vada lāzera zibspuldzes vakuuma kamerā caur caurulēm, kas piepildītas ar koncentrētu hēliju. "Tādējādi tiek iegūti īsākie rentgenstaru impulsi, kurus šobrīd vispār var radīt. Tie ilgst tikai dažus simtus attosekundēs, "saka Spīlmans.

"Diemžēl šī metode nav ļoti efektīva: ja jūs iesūtāt vatu lāzera jaudu, jūs saņemat mazāk nekā miljono vatu rentgena staru jaudu, " nožēlo fiziķis. Kopā ar pētījumu pāri Enikö un József Seres no Vircburgas universitātes un viņa Minhenes un Vīnes kolēģiem viņš tagad Dabas fizikā apraksta jaunu pieeju rentgenstaru intensitātes palielināšanai. Lāzera zibšņus nosūta ne tikai viena gāzes caurule, bet arī divi. Viltība ir tāda, ka rentgenstaru intensitāte ne tikai divkāršojas, bet ir pat četras reizes augstāka. displejs

Brīnišķīgs pieaugums?

"Mēs to izskaidrojam ar divu signālu saskaņotu superpozīciju, " saka Spīlmans. Šī parādība jau sen ir zināma redzamās gaismas laukam. Līdz šim zinātnieki ir pieņēmuši, ka nevar pamatoti realizēt rentgena starojuma efektivitātes palielināšanu.

Bet acīmredzot viņi to saprata nepareizi. Pēc pētnieku domām, veiksmes atslēga ir ļoti intensīvu un ļoti īsu lāzera impulsu izmantošana. Tie arī apraksta spiedienu, kam jāvalda hēlijā, un cik lielā attālumā viens no otra jābūt gāzes caurulēm, lai notiktu pārmērīga reakcija.

Tagad viņi domā par turpmāku gāzes cauruļu skaita palielināšanu un tādējādi vēl lielāku rentgenstaru intensitātes palielināšanu no lāzera impulsiem. Izmantojot šo uzlabotu metodiku, viņi pēc tam cer uz "stingrāku izmeklēšanu" tiešā atomu novērošanā - jo līdz šim viņi ir spējuši "tikai" kartēt, kā silīcija atomi sāk vibrēt, kad tie tiek uzkarsēti.

Tomēr ilgtermiņā fiziķi tiecas sasniegt augstāku līmeni, piemēram, reālajā laikā, lai novērotu, kā lielās molekulas maina savu formu, kad tās saistās ar citām molekulām.

(idw - Universitāte W rzburg, 14.11.2007. - DLO)