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Le Réglage des Rayons X avec la Lumière est Une Phase Vers Régler Comment la Substance Se Comporte

Published on March 23, 2010 at 7:45 PM

Comme jouer un jeu de ciseaux-papier-roche, une équipe des scientifiques aboutis par Gantier de Thornton E. (Ernie) de la Source Lumineuse Avancée du Laboratoire de Berkeley (ALS), le Jeune de Linda du Laboratoire National d'Argonne, et l'Ali Belkacem de la Division Des Affaires Scientifiques Chimique du Laboratoire de Berkeley a employé la lumière laser pour régler des faisceaux de rayons X - en changeant d'abord le support matériel par dont les rayons X réussissent.

Le Réglage des rayons X avec les parts ultra-courtes de la lumière est une phase vers régler comment la substance se comporte, formant des rayons X avec d'autres rayons X, et éventuellement la direction des réactions chimiques de chemins peut prendre. Fonctionnant au beamline Avancé 6.0.2 de la femtoseconde de la Source Lumineuse, Une équipe des scientifiques affiche comment elle peut être faite. Pendant Qu'un rétablissement neuf des sources lumineuses puissantes vient en ligne, les faisceaux de rayons X forts peuvent pouvoir régler la substance directement et permettre à une poutre des rayons X de régler des des autres.

Utilisant le beamline 6.0.2 de spectroscopie de la femtoseconde des ALS (quadrillionth d'une seconde), le Gantier et ses collègues ont envoyé des pouls ultra-courts des rayons X de lumière laser et d'élevé-fréquence ensemble par une cellule de gaz remplie de néon pressurisé. Excité par les pouls de laser, le gaz, qui absorbe normalement des rayons X, est devenu transparent aux pouls de rayon X pendant leur canalisation rapide.

L'ampoule de Schroedinger

« Nous avons été inspirés par la science neuve intéressante expliquée dans les expériences de bloc optique de tranche de temps qui emploient la lumière visible pour régler la lumière visible, » dit le Gantier. « Un exemple spectaculaire ralentit la lumière à un arrêt proche dans quelques medias. La capacité à, en réalité, la lumière d'arrêt dans un support a des applications possibles pour le stockage d'informations et le traitement de tranche de temps. »

Le Gantier dit qu'un autre exemple de contrôle optique emploie la lumière visible pour induire la transparence dans un support. « Nous nous sommes embarqués sur notre propre recherche dans l'espoir qu'elle aboutirait aux voies neuves et intéressantes d'utiliser les rayons X ainsi que la lumière visible. »

Le comportement de la Lumière dans un support comme l'air ou glace ou eau est déterminé par l'interaction de son champ électromagnétique avec les électrons du support. Dans une superposition logique appelée de phénomène tranche de temps-mécanique, un pouls de « pompe » de la lumière accouple deux conditions matérielles différentes de sorte que quand un pouls ultérieur de « sonde » amplifie un électron à l'un ou l'autre des conditions enthousiastes, l'électron termine dans les deux conditions simultanément.

Bien Que ceci ait été fait avec la lumière visible, personne n'avait avec succès réglé un pouls de rayon X de sonde de cette façon avant le travail du Gantier et de ses collègues. Des rayons de x Plus De Grande Énergie agissent l'un sur l'autre avec des électrons dans différentes shell atomiques et produisent les déclarer enthousiastes qui diminuent mille fois plus rapidement que ceux produits par la lumière visible - de ce fait interrompant la tentative de former une superposition logique et en utilisant la comme mécanisme de contrôle.

« La condition de superposition doit durer une durée utile, » Gantier explique. « Mais les rayons X agissent l'un sur l'autre fortement avec les électrons de noyau interne d'un atome, et l'excitation de rayon X des électrons de noyau laisse les trous derrière lesquels est rempli par autre, plus faible électrons attachés tellement rapidement que la condition superposée dure seulement une femtoseconde ou ainsi. »

Le Gantier dit qu'un élan à résoudre ce problème de court-vie est « en augmentant le nombre de photons » - utilisant des pouls optiques très forts plus catégoriquement aux couples le matériau affirme. Pour une énergie de pouls donnée de laser, l'intensité augmente pendant que la longueur de pouls diminue.

Mais pour voir le système combiné de lumière-substance, le pouls de rayon X doit être au moins en tant que sous peu ou plus court que le pouls de laser, et les deux pouls doivent rapprocher par le support. Ces conditions sont remplies à l'aide des pouls synchronisés, mesurant environ 200 femtosecondes, des les deux la lumière et les rayons X optiques.

Un beamline très spécial

« Beamline 6.0.2 était le premier et toujours une de seulement trois places dans le monde où ces expériences pourraient être faites, » le Gantier dit. Le laser fort de l'expérience palpite de brèves conditions logiques produites de superposition dans le gaz au néon dense à l'intérieur de la cellule, qui a rendu le néon pressurisé dans la cellule de gaz transparent aux rayons de x.

« Quantum parlant mechanicaly, là est interférence destructrice entre deux voies d'absorption et ceci réduit l'absorption, » dit le Gantier. « C'est-à-dire, elle rend le support transparent. » Pour la première fois, des pouls optiques avaient été employés pour régler comment les rayons X agissent l'un sur l'autre avec la substance.

Les expérimentateurs ont rapidement mis cet hublot au néon éphémère au service pratique, au moyen de lui pour mesurer la durée du pouls de rayon X de femtoseconde-échelle à de grande précision plus simplement qu'a été possible avant, avec la capacité ajoutée de former des pouls de rayon de x sur une échelle de temps de femtoseconde.

« À notre connaissance il n'y a de pas autres élans viables à former des pouls de rayon X avec la précision de femtoseconde, » le Gantier dit. « En expliquant une voie de former des rayons X sur le calendrier de femtoseconde, nous avons ouvert la trappe « au contrôle de tranche de temps les » expériences - maintenant possibles seulement avec la lumière de long-longueur d'onde - dans le régime de rayon X. »

Les Rayons X ont la spécificité d'élément - ils peuvent être ajustés pour parler aux types particuliers d'atomes dans une molécule beaucoup plus effectivement que la lumière visible peut. « Un certain nombre d'avances semblent possibles, » dit le Gantier. La « Formation des pouls sur ce calendrier sera importante dans les expériences qui recherchent à régler des réactions chimiques, des passages de phase, et d'autres phénomènes. »

Plus très loin peut être le potentiel d'employer la lumière pour régler la phase des pouls de rayon X. Il est difficile de fabriquer les miroirs et les plaques de zone parfaits pour les rayons X s'orientants, mais ce problème pourrait être surmonté à l'aide des objectifs du gaz réglés par la lumière. Le contrôle de Phase des pouls de rayon X a pu mener aux voies neuves d'effectuer des images des structures complexes comme des cristaux de protéine.

Pouls de Rayon X dont forme, longueur, et l'intensité sont evenbe avec précision réglé de force capable étiqueter différents atomes et les suivre par une suite complexe de réactions chimiques comme la photosynthèse. Dit le Gantier, « Nous peut pouvoir exercer le contrôle de la façon dont la substance évolue et quels chemins les réactions chimiques prennent. »

Dans le prochain rétablissement des sources lumineuses, utilisant des lasers de libre-électron pour produire ultrabright, ultra-rapide, les rayons X de tarifs de haut-répétition, de telles utilisations potentielles de la capacité de régler des rayons X avec la lumière ouvriraient un panorama d'éblouissement de la compréhension et du contrôle du monde naturel.

Last Update: 13. January 2012 02:07

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