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自由电子激光器开启人类未知世界大门

2015-02-18 02:00
论恒
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  由自由电子激光器产生的极强超短X射线光正在开启通往人类未知世界的大门。科学家们正在用这些光源给物质拍摄最微小的几何结构高清照片,例如原子在分子中的分布。为了进一步提升时间和空间上的分辨率,迫切需要攻克有关X射线光精确持续性和强度的科学难题。一个国际性科学家小组现在已经在着手攻克这一科学难题。

  X射线光是一种独特的科研工具。它们由高速电子产生——在所谓的直线加速器中,电子在长达数公里的空管中加速到特定能量水平,再用专门设置的磁场使其转向。在这一过程中粒子辐射出X射线并被放大,直至加强至超短X射线光产生。

  研究人员用X射线光来分辨尺寸为百亿分之一米(即0.1纳米)的微小结构,这种尺寸结构接近氢原子直径。例如,人们通过这种方式,能够获取高分辨率的生物分子图像,这使得人们对纳米尺度的微观世界有了全新的认识。

  通过使用两个瞬时定序的光源,研究人员甚至可以获取反应中结构发生变化的信息。第一个激光光源引发反应,第二个检测反应中物质结构的变化。为此就必须明确X射线光的精确持续性及强度。然而,迄今为止人们尚无法直接测量超短脉冲。

  德国慕尼黑技术大学(TUM)、德国汉堡自由电子激光科学中心(CFEL)及马普学会量子光学研究所(MPQ)的研究人员共同探索出了一种方法论。由Reinhard教授、Wolfram博士、Andreas博士牵头组建的研究团队在美国加州的SLAC国家加速研究室进行了相关实验。相关研究成果发表在12月出版的《自然·光子学》上(Nature Photonics, 2014, 8(12), 950-957, DOI: 10.1038/nphoto.2014.278)。

  科学家们借鉴了一种最初被用来测量超短闪光的方法,进而确定了X射线光的持续性。物理学家将X射线引入真空密闭腔中,填充少量的惰性气体。在这样的实验环境中,科学家们成功用波长为2.4微米的红外线脉冲与光源重叠。

  当X射线光攻击一个气体原子时,他们将原子最内层的电子撞出,使其成为自由电子。这些被释放的电子由红外光脉冲电场来加速或减速。在电离时刻,电子速率的变化是光拦截的电子和离子化电场强度的函数关系。

 

声明: 本文由入驻维科号的作者撰写,观点仅代表作者本人,不代表OFweek立场。如有侵权或其他问题,请联系举报。

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