Новости химической науки > Исследователи создали первый атомный рентгеновский лазер

Исследователи из Национальной ускорительной лаборатории Стэнфордского центра линейного ускорителя (SLAC) получили самые короткие импульсы рентгеновского лазера, подтвердив теоретические прогнозы, впервые сформулированные еще 45 лет назад, открывая перспективы для новых открытий.

Исследователи из SLAC направили рентгеновский лазер на свободных электронах [Linac Coherent Light Source (LCLS)] на капсулу, содержащую газообразный неон, вызвав лавину рентгеновских излучений и получив первый в мире «атомный рентгеновский лазер».

Рисунок из Nature, 2012; 481 (7382): 488 DOI: 10.1038/nature10721

Возглавлявшая исследование Нина Рорингер (Nina Rohringer) отмечает, что атомный рентгеновский лазер позволит по-новому взглянуть на мир атомов и молекул. Она предполагает, что исследователи могут использовать новый лазер для изучения деталей химических реакций, а также для наблюдения за работой биологических молекул в режиме реального времени. Чем короче импульсы лазера, тем быстрее можно отслеживать изменения, а чем выше степень монохроматичности излучения, тем больше деталей процесса можно наблюдать с помощью нового метода.

Новый атомный рентгеновский лазер подтверждает предсказание 1967 года о том, что рентгеновские лазеры могут быть получены по такому же принципу, что и лазеры, работающие в видимой области спектра – за счет индуцирования перехода электронов с высоких на низкие энергетические уровни. Такой переход способствует испусканию монохроматрического электромагнитного излучения. Однако до запуска лазерной установки LCLS в 2009 году в мире не было источника рентгеновского излучения, достаточно мощного, чтобы создать такой тип лазера.

Для получения атомного лазера мощные импульсы, испускаемые LCLS, выбивали электроны из внутренних электронных оболочек атомов неона. Переход электронов на располагающиеся ниже по энергии вакантные места приводил к тому, что примерно 1 из 50 атомов испускал коротковолновый фотон с энергией, соответствующий энергии рентгеновского излучения. Это рентгеновское излучение, в свою очередь, возбуждало соседние атомы неона, которые также испускали рентгеновское излучение. Такой «эффект домино» усиливал интенсивность первичного излучения в 200 миллионов раз.

Несмотря на то, что и установка LCLS, и капсула с неоном представляют собой лазеры, излучение в них создается различным способом, а также они излучают свет с различными характеристиками. В установке LCLS рентгеновское излучение создается за счет электронов с высокой энергией, проходящих через переменное магнитное поле, импульсы этого рентгеновского излучения отличаются высокой энергией, но, при этом, это излучение состоит из близких по энергии электромагнитных волн. Импульсы атомного рентгеновского лазера практически монохроматичны, их продолжительность в восемь раз короче, чем продолжительность импульсов установки LCLS, что может оказаться полезным для изучения деталей химических процессов, протекающих с ультравысокими скоростями.

Исследователи предпoлагают, что можно синхронизировать импульсы лазера LCLS и атомного лазера – такая синхронизация позволит изучать процессы, для протекания которых требуется время 10^–12 секунды. Рорингер заявляет, что в будущих экспериментах ее команда попробует создать рентгеновские атомные лазеры с еще более короткими рабочими импульсами – рабочим телом в таких лазерах могут быть кислород, азот и газообразная сера.

Источник: Nature, 2012; 481 (7382): 488 DOI: 10.1038/nature10721

метки статьи: #радиохимия и химия высоких энергий, #физическая химия