美国最具野心的激光器：世界最强X射线激光器

2013-07-30 00:04

　　超强X射线照出“空心原子”

　　原子壳层结构是关于原子内电子排布的一种简化模型，通常原子内带正电的密实部分集中于一个很小的核，带负电的电子分布于核外。而内壳层空原子（亦可直称空原子），指电子完全被剥离的原子。

　　数十年来，科学家们一直想利用X射线来探测材料的原子尺度的结构，亦或将某种原子剔除内层电子看看“人走城空”的原子如何反应。LCLS无疑提供了这个机会。

　　现在的LCLS输出波长在0.15纳米至1.5纳米之间可调谐，输出脉冲宽度可达80飞秒（fs），每个脉冲包含10万亿个X射线光子，作为在LCLS上完成的第一批实验结果，“空心原子”产生了。

　　研究人员选取的实验对象是自由氖原子。在一个X射线脉冲期间，这些原子依次弹射出它们全部的10个电子，产生电子完全被剥离的氖原子，即对X射线来说是透明的、“空城”状态的原子。

　　LCLS的脉冲短暂到足以拍摄到化学反应过程中的一系列“定格”快照，亦可以对电子从原子中脱离的过程进行成像，用于观察化学反应和冲击波，以确立物质最基本的互动机制。

　　以往从未有过如此强烈的X射线，亦无法判断它与其他物质会产生怎样的互动。美国能源部科学办公室主任威廉·布林克曼表示，直到近期还很少有人相信自由电子激光器能达到如此精确的地步，这让实验结果显得更不同寻常。

　　LCLS项目主任约阿希姆·斯托尔的回溯让人印象深刻，他说：“10年前，我们第一次构想LCLS实验时，曾想过这个激光器或许能强大到足以创造出空心原子，但这在当时只是一个梦。现梦已成真。”

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