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El control de rayos X con luz es un paso hacia el control de cómo se comporta la materia

Published on March 23, 2010 at 7:45 PM

Como jugar a un juego de tijeras-papel-rock, un equipo de científicos dirigido por E. Thornton (Ernie) Glover de fuente de luz avanzada del laboratorio de Berkeley (ALS), Linda Young del Laboratorio Nacional Argonne, y Ali Belkacem de Berkeley Lab 's Química División de Ciencias ha utilizado la luz del láser para controlar haces de rayos X - en primer lugar cambiar el medio material a través del cual pasan los rayos-X.

El control de rayos X con rodajas ultracortos de luz es un paso hacia el control de cómo se comporta la materia, la formación de rayos X con otros rayos-x, y, finalmente, la dirección de los caminos las reacciones químicas pueden tener. Trabajar en la línea de luz de femtosegundos de la fuente de luz avanzada en 6.0.2, un equipo de científicos muestra cómo se puede done.As una nueva generación de potentes fuentes de luz se pone en línea, intensos haces de rayos X puede ser capaz de controlar la materia directamente y permitir que un rayo de rayos X para controlar a la otra.

El uso de femtosegundos la ALS (cuatrillón de segundo), espectroscopia de la línea de luz 6.0.2, Glover y sus colegas enviaron pulsos ultracortos de luz láser de alta frecuencia y los rayos X a través de un conjunto de células llenas de gas de neón a presión. Excitado por los pulsos del láser, el gas, que normalmente absorbe los rayos X, se volvió transparente a los pulsos de rayos X durante su paso rápido.

Bombilla de Schrödinger

"Nos inspiramos en la ciencia nueva e interesante demostrado en experimentos de óptica cuántica que utilizan la luz visible para el control de la luz visible", dice Glover. "Un ejemplo espectacular se está desacelerando la luz a un punto muerto en algunos medios de comunicación. La capacidad de, en efecto, dejar de luz en un medio tiene aplicaciones potenciales para el almacenamiento de la información cuántica y el procesamiento. "

Glover dice que otro ejemplo de control óptico utiliza la luz visible para inducir la transparencia en un medio. "Nos embarcamos en nuestra propia investigación con la esperanza de que daría lugar a nuevas e interesantes maneras de usar los rayos X, así como la luz visible."

Comportamiento de la luz en un medio como el aire o el vidrio o el agua se determina por la interacción de su campo electromagnético con los electrones del medio. En un fenómeno de la mecánica cuántica llamado superposición coherente, una "bomba" de las parejas de pulso de luz dos estados diferentes materiales para que cuando un posterior "sonda" pulso empuja a un electrón a cualquiera de los estados excitados, los electrones terminan en ambos estados simultáneamente.

A pesar de esto se había hecho con la luz visible, no se había controlado con éxito una sonda de rayos X del pulso de esta manera antes de que el trabajo de Glover y sus colegas. De alta energía rayos X interactúan con los electrones en diferentes capas atómicas y crear estados excitados de que la decadencia de mil veces más rápido que los creados por la luz visible - interrumpiendo así el intento de formar una superposición coherente y que sirva como un mecanismo de control.

"El estado de superposición tiene que durar por un período de tiempo útil", explica Glover. "Sin embargo, los rayos X interactúan fuertemente con los electrones de un átomo núcleo interno, y los rayos X de excitación de electrones internos deja huecos detrás de los cuales son ocupados por otros electrones, más débilmente con tanta rapidez que el estado superposición dura sólo unos femtosegundos o menos."

Glover dice que una forma de resolver este problema a corto tiempo de vida es "el aumento del número de fotones" - usando pulsos ópticos muy intensa con más fuerza a la pareja afirma material. Para una energía láser de pulso dado, la intensidad aumenta a medida que disminuye la longitud del pulso.

Pero para ver la combinación de luz-materia del sistema, el pulso de rayos X tiene que ser por lo menos a corto o menor que el pulso de láser y pulsos de ambos tienen que pasar a través del medio juntos. Estas condiciones se cumplen por medio de pulsos sincronizados, que mide alrededor de 200 femtosegundos, tanto de la luz visible y rayos-x.

Una línea de luz muy especial

"Línea de luz 6.0.2 fue el primero y sigue siendo uno de los tres lugares en el mundo donde estos experimentos se puede hacer", dice Glover. Intensos pulsos del experimento con láser creado breves estados de superposición coherente en el gas de neón densa dentro de la célula, que hacía las luces de neón a presión en la celda de gas transparente a los rayos x.

"Quantum mechanicaly hablando, no hay interferencia destructiva entre dos vías de absorción y esto reduce la absorción", dice Glover. "Es decir, que hace que el medio transparente." Por primera vez, los pulsos ópticos se han utilizado para controlar cómo los rayos X interactúan con la materia.

Last Update: 25. October 2011 23:16

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