Mengontrol X-Rays dengan Light adalah Sebuah Langkah Menuju Pengendalian Bagaimana materi berperilaku

Published on March 23, 2010 at 7:45 PM

Seperti bermain permainan gunting-batu-kertas, sebuah tim ilmuwan yang dipimpin oleh E. Thornton (Ernie) Glover dari Advanced Light Source Berkeley Lab (ALS), Linda muda dari Argonne National Laboratory, dan Ali Belkacem dari Berkeley Lab 's Kimia Ilmu Divisi telah menggunakan sinar laser untuk mengontrol x-ray balok - dengan terlebih dahulu mengubah media materi melalui mana pass x-ray.

Mengontrol x-ray dengan irisan ultrashort cahaya adalah langkah menuju mengendalikan bagaimana materi berperilaku, membentuk x-ray dengan lainnya x-ray, dan akhirnya mengarahkan jalur reaksi kimia dapat mengambil. Bekerja di Advanced Light Source femtosecond beamline 6.0.2, tim ilmuwan menunjukkan bagaimana hal itu dapat done.As generasi baru dari sumber cahaya kuat datang online, intens x-ray balok mungkin dapat mengontrol masalah secara langsung dan memungkinkan satu berkas x-ray untuk mengendalikan lain.

Menggunakan femtosecond ALS itu (seper seribu detik) spektroskopi beamline 6.0.2, Glover dan rekan-rekannya dikirim pulsa ultrashort sinar laser dan lebih tinggi-frekuensi x-sinar bersama-sama melalui sel gas yang diisi dengan neon bertekanan. Gembira dengan pulsa laser, gas, yang biasanya menyerap sinar-x, menjadi transparan untuk x-ray pulsa selama perjalanan mereka yang cepat.

Schroedinger bola lampu

"Kami terinspirasi oleh ilmu baru yang menarik ditunjukkan dalam percobaan optik kuantum yang menggunakan cahaya untuk mengontrol cahaya tampak," kata Glover. "Salah satu contoh spektakuler adalah memperlambat cahaya untuk macet dekat di beberapa media. Kemampuan untuk, pada dasarnya, menghentikan cahaya dalam medium memiliki potensi aplikasi untuk penyimpanan dan pengolahan informasi kuantum. "

Glover mengatakan contoh lain kontrol optik menggunakan cahaya untuk mendorong transparansi dalam suatu media. "Kami memulai penelitian kami sendiri dengan harapan bahwa hal itu akan menyebabkan cara-cara baru dan menarik untuk menggunakan x-ray serta cahaya tampak."

Perilaku cahaya dalam medium seperti udara atau kaca atau air ditentukan oleh interaksi medan elektromagnetik dengan elektron medium itu. Dalam sebuah fenomena kuantum mekanik yang disebut superposisi yang koheren, sebuah "pompa" pulsa dari pasangan cahaya dua negara bagian materi yang berbeda sehingga ketika berikutnya "probe" pulsa meningkatkan elektron ke salah satu dari keadaan tereksitasi, elektron berakhir di kedua negara secara bersamaan.

Walaupun ini telah dilakukan dengan cahaya tampak, tak ada yang berhasil dikendalikan probe x-ray pulsa cara ini sebelum karya Glover dan rekan-rekannya. Tinggi energi sinar x berinteraksi dengan elektron pada kulit atom yang berbeda dan menciptakan menyatakan gembira bahwa peluruhan seribu kali lebih cepat daripada yang dibuat oleh cahaya tampak - sehingga mengganggu upaya untuk membentuk superposisi yang koheren dan menggunakannya sebagai mekanisme kontrol.

"Negara superposisi harus bertahan untuk jangka waktu yang berguna," jelas Glover. "Tapi x-ray berinteraksi kuat dengan elektron dalam atom inti, dan x-ray eksitasi elektron inti daun lubang belakang yang diisi oleh lainnya, elektron lebih lemah terikat sangat cepat sehingga negara disuperposisikan hanya berlangsung selama femtosecond atau lebih."

Glover mengatakan satu pendekatan untuk memecahkan masalah ini pendek seumur hidup adalah "dengan meningkatkan jumlah foton" - menggunakan pulsa optik yang sangat kuat untuk lebih kuat pasangan menyatakan materi. Untuk pulsa laser energi yang diberikan, meningkatkan intensitas sebagai panjang menurun pulsa.

Tapi untuk melihat sistem lampu-materi digabungkan, pulsa x-ray harus setidaknya sebagai singkat atau lebih pendek dari pulsa laser, dan keduanya pulsa harus bergerak melalui media bersama-sama. Kondisi ini dipenuhi dengan menggunakan pulsa disinkronkan, berukuran sekitar 200 femtosekon, baik cahaya optik dan x-ray.

Sebuah beamline sangat khusus

"Beamline 6.0.2 adalah yang pertama dan masih hanya tiga tempat di dunia di mana percobaan ini bisa dilakukan," kata Glover. Pulsa intens laser yang dibuat percobaan ini menyatakan superposisi yang koheren singkat dalam gas neon padat berada di dalam sel, yang diberikan neon bertekanan dalam sel gas transparan untuk sinar x.

"Quantum mechanicaly berbicara, ada interferensi destruktif antara dua jalur penyerapan dan ini mengurangi penyerapan," kata Glover. "Artinya, itu membuat transparan menengah." Untuk pertama kalinya, pulsa optik telah digunakan untuk mengontrol bagaimana sinar-x berinteraksi dengan materi.

Para peneliti cepat menempatkan jendela ini neon fana ke layanan praktis, menggunakannya untuk mengukur durasi pulsa femtosecond skala x-ray untuk akurasi tinggi lebih sederhana daripada yang telah mungkin sebelumnya, dengan kemampuan tambahan pulsa membentuk x ray pada femtosecond skala waktu.

"Untuk pengetahuan kami tidak ada pendekatan yang layak lain untuk membentuk pulsa x-ray dengan presisi femtosecond," kata Glover. "Dengan menunjukkan cara untuk membentuk x-ray pada skala waktu femtosecond, kami telah membuka pintu untuk percobaan 'kuantum kontrol' - sekarang mungkin hanya dengan panjang gelombang cahaya -. Dalam rezim x-ray"

X-ray memiliki spesifisitas elemen - mereka dapat disetel untuk berbicara dengan jenis tertentu dari atom dalam molekul yang jauh lebih efektif daripada cahaya tampak bisa. "Sejumlah kemajuan tampak mungkin," kata Glover. "Membentuk pulsa pada skala waktu ini akan menjadi penting dalam eksperimen yang berusaha untuk mengendalikan reaksi kimia, transisi fasa, dan fenomena lainnya."

Lebih jauh mungkin potensi menggunakan lampu untuk mengontrol fase pulsa x-ray. Sulit untuk mengarang cermin sempurna dan pelat zona untuk memfokuskan x-ray, namun masalah yang dapat diatasi dengan menggunakan lensa gas dikontrol oleh cahaya. Tahap kontrol atas x-ray pulsa dapat menyebabkan cara baru untuk membuat gambar struktur yang kompleks seperti kristal protein.

X-ray pulsa yang bentuknya, panjang, dan intensitas justru dikendalikan mungkin evenbe dapat label atom individu dan mengikuti mereka melalui serangkaian reaksi kimia yang kompleks seperti fotosintesis. Glover mengatakan, "Kami mungkin bisa melakukan kontrol atas bagaimana materi berkembang dan apa jalur reaksi kimia."

Pada generasi berikutnya dari sumber cahaya, dengan menggunakan laser elektron bebas untuk menghasilkan ultrabright, ultrafast, tinggi tingkat pengulangan x-ray, menggunakan potensial seperti kemampuan untuk mengendalikan x-sinar dengan cahaya akan membuka panorama mempesona pemahaman dan kontrol atas alam.

Last Update: 4. October 2011 20:29

Tell Us What You Think

Do you have a review, update or anything you would like to add to this news story?

Leave your feedback
Submit