LCLS røntgenlaser har gjort det muligt for fysikere at "katapultere" næsten alle elektronerne i et enkelt atom i et molekyle og midlertidigt omdanne det til en miniatyranalog af et sort hul, der tiltrækker elektroner til sig selv med kraften i dets kosmiske modstykke, ifølge en artikel offentliggjort i tidsskriftet Nature.
© RIA Novosti / Alina Polyanina // DESY / Science Communication Lab
”Kraften, som elektronerne blev tiltrukket af jodatom i dette tilfælde, var meget større end den, der for eksempel ville blive genereret af et sort hul med en masse på ti solskin. I princippet er tyngdefeltet i ethvert sort hul med stjernemasse ikke i stand til at virke på et elektron på en sammenlignelig måde, selvom det er meget tæt på begivenhedshorisonten,”siger Robin Santra fra det tyske Synchrotron Center DESY.
Santra og hans kolleger skabte et lignende miniature sort hul ved at fokusere hele strålen på LCLS røntgenlaser, i øjeblikket den mest kraftfulde af sin art i verden, på et punkt kun 100 nanometer bredt. Dette er omtrent lig med længden af et stort organisk molekyle og flere hundrede gange mindre end den strålebredde, der normalt anvendes i eksperimenter med sådanne udsendere.
Takket være dette nåede laserstrålens styrke ti milliarder gigawatt pr. Kvadratcentimeter og kom tæt på det punkt, hvor ultrarelativistiske effekter begynder at manifestere sig, og lys begynder spontant at blive materie og antimaterie.
Kollisionen af en sådan puls med enkeltatomer af xenon og jod, som vist ved de første eksperimenter med fysikere, fører til det faktum, at de mister praktisk talt alle deres elektroner og får en fantastisk høj oxidationstilstand - +48 eller +47, hvilket resulterer i en rekordhøj positiv ladning.
Forskere besluttede at teste, hvordan denne ladning kan påvirke opførslen af andre molekyler og atomer ved at kombinere jod med methan og etanmolekyler, der er "gennemsigtige" overfor røntgenstråler og ikke reagerer på sådanne stråler.
Resultaterne af disse eksperimenter viste sig at være fantastiske - bestråling af sådanne molekyler med en laser i kun 30 nanosekunder førte til det faktum, at jodatomer blev til en slags elektriske sorte huller et øjeblik, efter at de blev gennemboret af en røntgenstråle.
Salgsfremmende video:
Disse atomer mistede i modsætning til forskernes forventninger meget mere elektroner - ikke 46 eller 47, men 53 eller 54 partikler. Processen stoppede ikke der, og jodatomerne, som supermassive sorte huller, begyndte at trække i sig elektroner fra andre dele af molekylet, sprede dem og "spytte" dem ud i form af bjælker, der svarer til udkastene af deres rum "kusiner".
Som et resultat desintegreret hele iodomethan-molekylet sig næsten øjeblikkeligt og lever kun en billion af et sekund efter starten af laserbranden. Noget lignende, som forskere mener, kan forekomme, når levende organismer kommer i kontakt med røntgenstråler, og at studere denne proces vil hjælpe os med at forstå, hvordan vi reducerer eller neutraliserer skaden fra stråling.
”Iodomethan er et relativt simpelt molekyle, der hjælper os med at forstå, hvad der sker med organiske molekyler, når de er beskadiget af stråling. Vi tror, at denne reaktion forekommer endnu mere voldsomt i iodethan og andre komplekse molekyler, hvor jod kan sprøjte op til 60 elektroner, men vi ved endnu ikke, hvordan det kan beskrives. Det er vores næste mål at løse dette problem,”afslutter Artem Rudenko fra University of Kansas (USA), artikelens første forfatter.
