Американские ученые только что прорубили окно в новую область экспериментальной физики. Они смогли получить энергетический образ движения электрона вокруг атома водорода в капелле воды еще до того, как атом начал двигаться. До сих пор ученые не имели инструментов для подобной детализации процессов в веществе, которое раскроет больше деталей о физике и химии многих процессов и особенно радиационном воздействии на живые клетки.
Источник изображений: PNNL
В эксперименте, удаленно похожем на съемку замедленного видео, ученые выделили энергетическое движение электрона, одновременно «заморозив» движение гораздо большего атома, вокруг которого вращался целевой электрон, сделав это в образце обычной жидкой воды. О своей работе ученые сообщили в статье в журнале Science. Работа в основном была ориентирована на исследование высокоэнергетического излучения на живые клеточки, что нужно для космоса, радиотерапии опухолей и не только лишь.
“Химические реакции, вызванные излучением, которые мы хотим изучить, являются результатом электронного отклика мишени, который происходит в аттосекундном масштабе времени”, – объяснила Линда Янг (Linda Young), старший автор работы и заслуженный научный сотрудник Аргоннской национальной лаборатории. — До сих пор радиохимики могли определять события только в пикосекундном масштабе времени, что в миллион раз медленнее аттосекунды. Это все равно что сказать “я родился, а потом умер”. Вы хотите знать, что происходит в промежутке? Это то, что мы можем сейчас сделать».
Для достижения результата межведомственная группа ученых из нескольких национальных лабораторий Министерства энергетики США, а также университетов США и Германии объединила эксперименты и теорию, чтобы в режиме реального времени выявить последствия воздействия ионизирующего излучения от источника рентгеновского излучения на вещество. Исследование проводилось при поддержке Центра пограничных энергетических исследований межфазной динамики в радиоактивных средах и материалах (IDREAM) с финансовой поддержкой Министерства энергетики США в штаб-квартире Тихоокеанской Северо-Западной национальной лаборатории (PNNL).
Не секрет, что субатомные частицы, например электроны, двигаются настолько быстро, что для фиксации их действий требуется датчик, способный измерять время в аттосекундах. Это настолько быстро (или мало), что в каждой секунде, например, больше аттосекунд, чем прошло секунды за всю историю Вселенной.
Проведенное авторами исследование опирается на открытие и создание аттосекундных рентгеновских лазеров на свободных электронах, за что в прошлом году, в частности, была присуждена Нобелевская премия по физике. Национальная ускорительная лаборатория SLAC имеет источник такого света (LCLS), чем воспользовались экспериментаторы.
Экспериментальная установка, создающая тончайшую пленку воды шириной около 1 см.
В качестве тестового образца для эксперимента была выбрана обычная жидкая вода. Первый аттосекундный импульс возбуждал электроны, а второй измерял отклик. Это позволило отреагировать датчикам настолько быстро, что возбужденное состояние электрона проявило себя еще до того, как центральный атом водорода в молекуле начал двигаться. Ранее в процессе такого наблюдения с помощью импульсов большей продолжительности картина была настолько смазана, что ученые предполагали существование ряда промежуточных состояний. Аттосекундный лазер показал, что промежуточных состояний нет – это все миражи или препятствия.
“Теперь у нас есть инструмент, с помощью которого, в принципе, вы можете следить за движением электронов и видеть только ионизированные молекулы по мере их образования в режиме реального времени”, – резюмировали достижения авторы исследования.
Если вы заметили ошибку, выделите ее мышкой и нажмите CTRL+ENTER.
