Con el láser de rayos X, más poderoso del mundo, un equipo internacional de investigadores ha descubierto bajo la línea de Hamburgo un sorprendente comportamiento de los átomos con una sola radiografía flash, el grupo liderado por Daniel Rolles del Centro Científico de Laser de Electrones Libres (CFEL) Un número récord de 36 electrones en vez de disparar un atomo de xeno. Esto es mucho mayor que la energía de la radiación de rayos X utilizado es matemáticamente posible.Los investigadores pusieron sus observaciones inesperadas en la revista "Naturaleza Fotónica" antes. Las pruebas actuales es una colaboración de DESY, la Sociedad Max Planck y la Universidad de Hamburgo.
Cámara experimental de CAMP en el SLAC EE.UU.. Por el Max Planck Advanced Study Group (ASG) en CFEL desarrollado en conjunto con el Instituto Max Planck de Física Nuclear, el Instituto Max Planck para la Investigación Médica y el Instituto Max Planck Semiconductor cámara Laboratorio experimental se construyó tres años en el LCLS y fue más de 20 experimentos utilizados. (Photo by Brad Plummer / SLAC National Accelerator Laboratory)
Un átomo pierde electrones, se vuelve una carga eléctrica positiva - es ionizado. Esta ionización es más fuerte, más electrones son arrancados de los átomos. Los investigadores dirigidos por Rolles del Grupo de Estudios Avanzados Max Planck de CFEL tenía en la fuente de luz coherente Linac (LCLS), los EE.UU. Centro de Investigación SLAC en California bombardeados átomos del gas noble xenón con intensos destellos de rayos-X. Las partículas de luz (fotones) de los rayos X utilizados fueron. Con 1,5 kilo electrón voltios (1,5 keV) alrededor de un millar de veces más energética que la luz visible Se reúne como un fotón de alta energía a un electrón en el átomo de xenón cáscara, no es su energía al electrón. A través de esta colisión, el electrón puede ser empujado hacia fuera de la capa atómica - dependiendo de cómo está unido firmemente.
Matemáticamente se puede utilizar en la energía disparar hasta 26 de los 54 electrones del gas noble, el resto son depende excesivamente. De hecho, los investigadores encontraron, sin embargo, que hasta 36 electrones de los átomos volando. "Hasta donde sabemos, éste es el más alto de ionización, que jamás se ha logrado con un solo átomo en un pulso electromagnético", dijo Rolle, quien dirigirá el futuro de un grupo juvenil de investigación Helmholtz en DESY. "Nuestra observación muestra que los enfoques teóricos existentes tienen que ser modificados."
La causa de la "imposible" es una llamada ionización de resonancia: En el sector de la energía, los electrones utilizados xenón absorber una gran cantidad de rayos-X. Algunos son además transportado directamente desde el átomo, mientras que otros van en un modo excitado, que es el estado acerca de más energía, pero todavía están atadas. Si uno de los electrones excitados, pero volvió a su estado original, a su vez, se libera energía que puede proporcionar otro electrón excitado el empujón extra necesario para conseguir que se mueva fuera de todo el átomo. En casos raros, el electrón excitado ya es golpeado por un segundo fotón del flash de rayos X, por lo que disparó desde la capa atómica.
"Este experimento ha producido LCLS un estado inesperado e inalcanzable previamente cargo alguno, por las puntuaciones idénticas fueron expulsados electrones de un átomo", co-autor Benedikt Rudek, PhD del Instituto de Física Nuclear Max Planck, de Heidelberg subraya, que analizó los datos. "La energía absorbida por átomo era más de dos veces tan alto como se esperaba." Este efecto de resonancia es sólo para xenón a una energía de 1,5 keV particularmente fuerte.En consecuencia, los investigadores observaron, incluso en una mayor energía de 2 keV átomos de sólo menos fuertemente ionizadas. Basándose en las mediciones refinados científicos CFEL, un modelo matemático, que permite calcular tales resonancias en los átomos pesados. En posteriores experimentos los investigadores han examinado, entre otros criptón y moléculas con átomos pesados en el LCLS, como co-autor dice Artem Rudenko, que ahora trabaja en la Universidad Estatal de Kansas, y uno de estos experimentos de seguimiento llevó a cabo.
Las observaciones también tienen importancia práctica para la investigación: "Nuestros resultados ofrecen una receta para maximizar la pérdida de electrones en una muestra", dijo Rolle. Esto puede ser deseable o indeseable. "Por ejemplo, los investigadores pueden utilizar nuestros resultados, lo que creará un plasma muy fuerte carga eléctrica." En el estudio de muestras biológicas, sin embargo, los investigadores deben evitar las resonancias de tales átomos pesados. "La mayoría de las muestras biológicas contienen algunos átomos pesados", dijo Rolle. En la región de resonancia, las muestras se pueden dañar muy rápidamente en estos lugares, que puede afectar la calidad de la imagen.
Para mediciones de precisión en el LCLS fue uno de los Max Planck Advanced Study Group (ASG) en CFEL desarrollado en conjunto con el Instituto Max Planck de Física Nuclear, el Instituto Max Planck para la Investigación Médica y el Instituto Max Planck Semiconductor cámara Laboratorio experimental que ha estado en un total de 40 cuadros enviados a California completamente. Esta CFEL ASG multiusos champán (CAMP) fue establecida tres años en el LCLS, y vino en más de 20 experimentos se utilizan.
En la investigación, excepto el Centro Cientifico de Hamburgo por láser de electrones libres, DESY y el SLAC EE.UU. que participan varios institutos Max Planck y alrededor de una docena de instituciones de Alemania, Francia, Japón y los EE.UU..
Publicación original
"Ultra-efficient ionization of heavy atoms by intense X-ray free-electron laser pulses“; Daniel Rolles et al.; „Nature Photonics“, 2012 (online vorab veröffentlicht); DOI:10.1038/NPHOTON.2012.261
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