Ученые, работающие в Национальной ускорительной лаборатории SLAC при Министерстве энергетики США, создали самые короткие и чистые рентгеновские лазерные импульсы, исполнив предсказание 45-летней давности и открыв путь к новому спектру научных открытий.
25 января в журнале Nature появилась статья, сообщающая, что американские исследователи направили Линейный источник когерентного света (LCLS) на капсулу с неоновым газом, подвергнув ее воздействию рентгеновского излучения, и создали первый в мире «атомный рентгеновский лазер».
По словам физика Нины Рорингер, которая возглавила исследование, рентгеновские лучи позволяют ученым заглянуть в мир атомов и молекул. В качестве руководителя команды ученых из Группы передовых исследований Общества Макса Планка (Германия), Нина Рорингер объединила усилия с учеными из SLAC, Ливерморской национальной лаборатории и Государственного университета Колорадо. Говоря о важности недавнего достижения, Рорингер добавила, что исследователи смогут использовать этот тип лазера для проведения различных интересных экспериментов, направленных, например, на выявление подробностей химических реакций или наблюдение биологических молекул в действии. Чем короче импульсы, тем больше изменений можно уловить, а чем чище свет, тем тоньше детали, которые можно увидеть.
Новый атомный рентгеновский лазер исполнил предсказание 1967 года о том, что рентгеновские лазеры могут создаваться так же, как и многие лазеры видимого света, а именно посредством стимуляции электронов в атомах к переходу с высоких на более низкие энергетические уровни, в процессе чего испускается свет определенного цвета. До 2009 года, пока в дело не вступил LCLS, ни одному рентгеновскому источнику не хватало мощности для создания этого типа лазера. Чтобы осуществить это, мощные импульсы LCLS выбивали электроны из внутренних оболочек множества атомов неона, содержащихся в капсуле. Когда другие электроны стремились заполнить образовавшиеся «дырки», примерно один из 50 атомов отвечал выпуском фотона в рентгеновском диапазоне (с очень короткой длиной волны). Эти рентгеновские лучи побуждали соседние атомов к выпуску еще большего количества лучей, создавая своего рода «эффект домино», который усилил лазерный свет в 200 миллионов раз.
