- 13,579
- 20
- 8 Ноя 2022
Учёные смогли заглянуть внутрь молvекул благодаря самому мощному в мире лазеру.
Аттосекунда - это миллиардная доля миллиардной доли секунды. За одну секунду проходит больше аттосекунд, чем секунд с момента возникновения Вселенной. Современные технологии позволяют создавать рентгеновские импульсы, измеряемые в аттосекундах. Эти ультракороткие импульсы позволяют учёным делать "снимки" субатомных частиц в их естественной среде.
В начале этого года исследователи привлекли внимание мирового сообщества, используя данный метод для визуализации движения электронов в жидкой воде. По мере развития технологии, учёные смогут наблюдать движение электронов в различных молекулах, что даст новый импульс развитию химии, биологии и других наук, изучающих поведение молекул.
Основной Для просмотра ссылки Войдиили Зарегистрируйся для таких исследований – лазер на свободных электронах (XFEL), такой как недавно модернизированный Linac Coherent Light Source (LCLS) в Национальной лаборатории ускорителей SLAC в Калифорнии. Этот лазер создаёт интенсивные рентгеновские лучи, заставляя электроны двигаться хаотично. Когда эти лучи упаковывают в достаточно короткие импульсы, получается средство для визуализации.
Для наблюдения электронов с помощью XFEL учёные используют метод "накачка-зонд". Сначала мишень "накачивают", возбуждая её одним импульсом, затем "зондируют" вторым импульсом, что позволяет наблюдать мишень. Если второй импульс прибывает достаточно быстро, учёные могут видеть субатомные частицы в их квантовом состоянии до того, как рентгеновские лучи успеют повредить мишень.
За последние десять лет учёным удалось сократить длительность импульсов до рекордных значений. В недавно опубликованной работе экспериментаторы из LCLS Для просмотра ссылки Войдиили Зарегистрируйся время импульсов до 270 аттосекунд. «Это был простой эксперимент, который позволил нам оценить наши возможности в методе "накачка-зонд"», — говорит Агостино Маринелли, физик-ускоритель из SLAC.
«Когда мы говорим об аттосекундах, мы действительно стремимся понять, как электроны движутся внутри молекулярных систем», — отмечает Джеймс Крайан, старший научный сотрудник SLAC. «Как именно движутся электроны? Как они взаимодействуют друг с другом?»
LCLS не единственный в мире лазер на свободных электронах. Есть также FERMI в Италии и Европейский XFEL в Германии, которые также проводят эксперименты с аттосекундными импульсами. Однако именно LCLS обладает наивысшими возможностями в своём классе. Именно на этой установке Маринелли, Крайан и их коллеги использовали метод "накачка-зонд" на аттосекундных временах для визуализации движения электронов в жидкой воде.
Этот эксперимент не был простым научным трюком: он помог исследователям понять, что происходит, когда ионизирующее излучение проходит через жидкую воду. На самом деле, эксперимент был частью программы Министерства энергетики США, направленной на лучшее понимание поведения ядерных отходов, хранящихся в воде. Следующим шагом учёных из SLAC станет растворение других веществ в воде и наблюдение за изменением поведения электронов.
Другие виды молекул также могут быть исследованы с помощью XFEL. Например, бензол: относительно простая молекула, состоящая из шести атомов углерода, расположенных в виде кольца. Учёные могут модифицировать кольцо, добавляя к нему функциональные группы других атомов, затем возбуждать одну из функциональных групп и наблюдать, как это воздействие распространяется по всей молекуле.
Аттосекундные импульсы делают возможными такие эксперименты. В будущем, по словам Крайана, учёные смогут использовать эту технологию для понимания поведения электронов в более сложных молекулах, таких как белки.
Недавно создание аттосекундных импульсов принесло их разработчикам Нобелевскую премию по физике 2023 года. Сейчас это молодое направление науки начинает активно развиваться. «Каждый раз, когда открывается новое направление исследований, оно порождает множество новых линий исследований, и именно это происходит сейчас», — говорит Маринелли.
Аттосекунда - это миллиардная доля миллиардной доли секунды. За одну секунду проходит больше аттосекунд, чем секунд с момента возникновения Вселенной. Современные технологии позволяют создавать рентгеновские импульсы, измеряемые в аттосекундах. Эти ультракороткие импульсы позволяют учёным делать "снимки" субатомных частиц в их естественной среде.
В начале этого года исследователи привлекли внимание мирового сообщества, используя данный метод для визуализации движения электронов в жидкой воде. По мере развития технологии, учёные смогут наблюдать движение электронов в различных молекулах, что даст новый импульс развитию химии, биологии и других наук, изучающих поведение молекул.
Основной Для просмотра ссылки Войди
Для наблюдения электронов с помощью XFEL учёные используют метод "накачка-зонд". Сначала мишень "накачивают", возбуждая её одним импульсом, затем "зондируют" вторым импульсом, что позволяет наблюдать мишень. Если второй импульс прибывает достаточно быстро, учёные могут видеть субатомные частицы в их квантовом состоянии до того, как рентгеновские лучи успеют повредить мишень.
За последние десять лет учёным удалось сократить длительность импульсов до рекордных значений. В недавно опубликованной работе экспериментаторы из LCLS Для просмотра ссылки Войди
«Когда мы говорим об аттосекундах, мы действительно стремимся понять, как электроны движутся внутри молекулярных систем», — отмечает Джеймс Крайан, старший научный сотрудник SLAC. «Как именно движутся электроны? Как они взаимодействуют друг с другом?»
LCLS не единственный в мире лазер на свободных электронах. Есть также FERMI в Италии и Европейский XFEL в Германии, которые также проводят эксперименты с аттосекундными импульсами. Однако именно LCLS обладает наивысшими возможностями в своём классе. Именно на этой установке Маринелли, Крайан и их коллеги использовали метод "накачка-зонд" на аттосекундных временах для визуализации движения электронов в жидкой воде.
Этот эксперимент не был простым научным трюком: он помог исследователям понять, что происходит, когда ионизирующее излучение проходит через жидкую воду. На самом деле, эксперимент был частью программы Министерства энергетики США, направленной на лучшее понимание поведения ядерных отходов, хранящихся в воде. Следующим шагом учёных из SLAC станет растворение других веществ в воде и наблюдение за изменением поведения электронов.
Другие виды молекул также могут быть исследованы с помощью XFEL. Например, бензол: относительно простая молекула, состоящая из шести атомов углерода, расположенных в виде кольца. Учёные могут модифицировать кольцо, добавляя к нему функциональные группы других атомов, затем возбуждать одну из функциональных групп и наблюдать, как это воздействие распространяется по всей молекуле.
Аттосекундные импульсы делают возможными такие эксперименты. В будущем, по словам Крайана, учёные смогут использовать эту технологию для понимания поведения электронов в более сложных молекулах, таких как белки.
Недавно создание аттосекундных импульсов принесло их разработчикам Нобелевскую премию по физике 2023 года. Сейчас это молодое направление науки начинает активно развиваться. «Каждый раз, когда открывается новое направление исследований, оно порождает множество новых линий исследований, и именно это происходит сейчас», — говорит Маринелли.
- Источник новости
- www.securitylab.ru
