ABD, saniyenin on milyarda birinden daha kısa sürede dünyanın en kısa sert X-Ray ışını darbelerini üretti

[™ Admin]

ABD, saniyenin on milyarda birinden daha kısa sürede dünyanın en kısa sert X-Ray ışını darbelerini üretti

Wisconsin-Madison Üniversitesi'nden bilim insanlarının işbirliği, bugüne kadarki en kısa sert X-ışını darbelerini üretti.

Bunu, ilk kez güçlü bir yeni lazer etkisi türünü göstererek başardılar.

Bir attosaniye, bir saniyenin 1 kentilyonda birine veya bir saniyenin milyarda birinin milyarda birine veya 10^-18 saniyeye eşittir.

Olayları perspektife koymak için, bir attosaniye, bir saniyeye, bir saniyenin Büyük Patlama'dan bu yana evrenimizin yaşına eşit zaman ölçeğine eşittir.

Güçlü yeni bir lazer etkisi türü

UW-Madison'da fizik profesörü ve çalışmanın kıdemli yazarı olan Uwe Bergmann, "İç kabuk X-ışını lazerinde güçlü lazer fenomenleri gözlemledik ve nasıl evrimleştiğini simüle edip hesaplayabildik" dedi. "Çıkan X-ışını darbelerini hesapladığınızda, inanılmaz derecede kısa olabilirler - 100 attosaniyeden daha kısa."

Bu kısa süreli darbeler, yeni ve gelişmiş lazer uygulamaları için büyük bir itici güç olabilir.

İç kabuk X-ışını lazerleme işlemi, optik lazerlemeye çok benzer şekilde çalışır ancak nispeten daha kısa dalga boylarında çalışır.

Güçlü X-ışını darbeleri, orijinal durumlarına dönerken X-ışını fotonları yayan atomların sıkıca tutulan iç kabuk elektronlarını uyarır. Bu, güçlü, yönlendirilmiş bir X-ışını ışını üretmek için uyarılmış emisyonun güçlü bir zincir reaksiyonunu tetikleyebilir.

Ancak, mevcut X-ışını serbest elektron lazerleri (XFEL'ler) düzensiz zamanlama ve değişken dalga boylarıyla "karmaşık" darbeler üretir ve bu da belirli uygulamalardaki kullanışlılığını sınırlar. Daha temiz, daha kontrollü X-ışını darbeleri elde etmek, bu teknolojiyi ilerletmek için önemlidir.

"Bunlar sadece temiz, güzel darbeler değil (görünür lazerler gibi)," diyor UW-Madison'daki ortak doktora sonrası araştırmacı Thomas Linker. "Ama sahip olduğumuz tek şey bu. Bununla yaşamak zorundayız."

X-Ray ışını lazer darbeleri

Bu çalışmada, araştırmacılar bakır veya manganez numunelerinde sıkı bir şekilde odaklanmış X-ışını lazeri (XFEL) darbeleri oluşturmak istediler. Biraz dağınık olsalar da, bu darbeler yoğundu - sanki tüm güneş ışığı Dünya'ya tek, küçük bir noktaya çarpıyormuş gibi.

Numune daha sonra gelen darbeyle aynı yönde X-ışını ışığı yaydı. Bu ışık dalga boyuna göre yayıldı ve bir dedektör tarafından analiz edildi.

Öncelikle, ekip güçlü bir sinyal görerek uyarılmış emisyonun gerçekleştiğini doğruladı. Ancak beklenmedik bir örüntü de fark ettiler: pürüzsüz bir sinyal yerine, dedektör bazen parlak sıcak noktalar gösteriyordu.

3B simülasyonlar kullanarak, X ışınlarının numuneden geçerken, bu alışılmadık etkiyi açıklayan filamentler oluşturduğunu keşfettiler.

Dahası, ekip giriş darbesi yoğunluğunu artırdığında, birden fazla spektral çizgiyle birlikte beklenmedik bir spektral genişleme gözlemlediler. Simülasyonlar, Rabi döngüsünün bu fenomenden sorumlu olduğunu ortaya koydu.

Sonuç olarak, ekip sadece 60 ila 100 attosaniye arasında süren uyarılmış emisyon darbeleri üretmeyi başardı - şimdiye kadar kaydedilen en kısa sert X ışını darbesi oldu. Diğer yandan, keşfedilen en kısa yumuşak X ışını darbesi, yaklaşık sekiz yıl önce ETH Zürih'ten araştırmacılar tarafından 43 attosaniyeydi

Linker, "Bu güçlü lazer fenomeniyle sert X ışını attosaniye darbeleri ürettik" dedi.

“Kimyasal bağların oluştuğu ve koptuğu zaman ölçeği femtosaniyedir (attosaniyeden 1.000 kat daha uzun). Ancak elektron dinamiklerini, yörüngelerinin içinde nasıl hareket ettiklerini görmek istiyorsanız, bu attosaniye zaman ölçeğidir.”

Bir sürü fırsat

“Lazer topluluğunun şu anda kullandığı çok sayıda doğrusal olmayan teknoloji ve olgu var, ancak bunlardan çok azı sert X ışınlarıyla denenmeye cesaret etti,” diyor Bergmann.

“Sert X ışınları çok güçlüdür: atomik mekansal çözünürlük sağlayan Angstrom dalga boylarına sahiptirler ve farklı elementlere karşı hassastırlar. Bu çalışma, gerçek lazer biliminin heyecan verici alanını bu güçlü sert X ışını rejimine taşımaya yönelik bir adımdır.”

XFEL'ler yaklaşık 15 yıldır var, bu nedenle bilim insanları bunları nasıl uygulayacaklarını hala öğreniyor ve anlıyorlar. Bu çalışma, sert X-ışını darbelerini "temizleyen" ilk çalışma değil; ancak bu zaman ölçeğinde yayılan darbeleri başaran ve güçlü lazer fenomeninin kanıtlarını gösteren ilk çalışmadır.