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2012年国际十大科技新闻之一“首个原子X射线激光诞生”

导读: 这是迄今为止获得的世界上波长最短、颜色最纯的X射线激光,同时也使45年前的一个预言得到应验——可以像制造可见光激光一样。

  在越来越短的波长上实现激光发射是人们长期追寻的一个目标。激光的波长越短,捕获到超快反应的可能性就越大;而激光颜色越纯,展示的细节越清晰。1月,首个原子X射线激光在美国能源部斯坦福直线加速器中心(SLAC)国家加速器实验室被成功开发出来。

  这是迄今为止获得的世界上波长最短、颜色最纯的X射线激光,同时也使45年前的一个预言得到应验——可以像制造可见光激光一样,通过使原子内部电子从高能级向低能级跃迁并在这一过程中释放单色光来获得X射线激光。

  研究人员利用斯坦福直线加速器相干光源(LCLS)发出的强大X射线脉冲,将密封舱内氖原子中的电子敲除,从而在氖原子外壳上留下狭小坑洞。当电子再回落填补这些小坑洞时,大约有1/50的原子通过发出一个在X射线范围内的光子来回应。由此,X射线激发临近更多的氖原子释放更多的X射线,就像“多米诺效应”般,将激光放大了2亿倍。

  由于X射线能帮助人们深入观察分子和原子世界,该成就无疑等于开启了一扇向新科学发现进军的大门。相比号称世界最强大X射线激光器的LCLS发出的脉冲,原子X射线激光的波长只有其1/8,并且颜色更纯,能够清楚地区别以前不可能看到的超快反应的细节,将生物分子的工作情况“尽收眼底”。未来,二者更是可以强强联手,先由LCLS激发研究样本中的反应,再用原子X射线激光从原子级精度上捕捉这些瞬间即逝的反应细节。

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