Gestire i Raggi X con Indicatore Luminoso è Un Punto Verso Gestire Come la Materia Si Comporta

Published on March 23, 2010 at 7:45 PM

Come giocare della forbici-documento-roccia, un gruppo degli scienziati piombo dal Glover di Thornton il E. (Ernie) della Sorgente Luminosa Avanzata del Laboratorio di Berkeley (ALS), il Giovane di Linda del Laboratorio Nazionale di Argonne ed Ali Belkacem di Divisione di Scienze Chimiche del Laboratorio di Berkeley ha usato la luce laser per gestire i raggi di raggi x - in primo luogo cambiando il media materiale con cui i raggi x passano.

Gestire i raggi x con le fette ultracorte di indicatore luminoso è un punto verso gestire come la materia si comporta, modellante i raggi x con altri raggi x e finalmente dirigere le reazioni chimiche dei percorsi può catturare. Lavorando al beamline Avanzato 6.0.2 del femtosecondo della Sorgente Luminosa, Un gruppo degli scienziati mostra come può essere fatto. Mentre una nuova generazione di sorgenti luminose potenti viene online, i raggi di raggi x intensi possono potere gestire direttamente la materia e permettere che un raggio dei raggi x gestisca un altro.

Facendo Uso del beamline 6.0.2 della spettroscopia del femtosecondo del ALS (quadrillionth di un secondo), il Glover ed i suoi colleghi hanno inviato insieme gli impulsi ultracorti dei raggi x di alto-frequenza e della luce laser attraverso una cella di gas riempita di neon pressurizzato. Eccitato dagli impulsi del laser, il gas, che assorbe normalmente i raggi x, è diventato trasparente agli impulsi dei raggi x durante il loro passaggio rapido.

La lampadina di Schroedinger

“Siamo stati ispirati dalla nuova scienza interessante dimostrata negli esperimenti dell'ottica di quantum che usano l'indicatore luminoso visibile per gestire l'indicatore luminoso visibile,„ diciamo il Glover. “Un esempio spettacolare sta rallentando l'indicatore luminoso ad una fermata vicina in alcuni media. L'abilità a, in effetti, indicatore luminoso di arresto in un media ha domande potenziali di memorizzazione dei dati e trattamento di quantum.„

Il Glover dice che un altro esempio di controllo ottico sta usando l'indicatore luminoso visibile per indurre la trasparenza in un media. “Abbiamo intrapreso la nostra propria ricerca nella speranza che piombo ai nuovi e modi interessanti usare i raggi x come pure l'indicatore luminoso visibile.„

Il comportamento dell'Indicatore Luminoso in un media come aria o vetro o l'acqua è determinato dall'interazione del suo campo elettromagnetico con gli elettroni del media. In un fenomeno quantum-meccanico chiamato sovrapposizione coerente, un impulso “della pompa„ di indicatore luminoso coppia due stati materiali differenti in modo che quando un impulso successivo “della sonda„ amplifica un elettrone all'uno o l'altro degli stati eccitati, l'elettrone finisca simultaneamente in entrambi gli stati.

Sebbene questo sia stato fatto con indicatore luminoso visibile, nessuno aveva gestito con successo un impulso dei raggi x della sonda questo modo prima del lavoro del Glover e dei suoi colleghi. Le razze di x Più Ad Alta Energia interagiscono con gli elettroni in shell atomici differenti e creano gli stati eccitati che si decompongono mille volte più velocemente di quelle create da luminoso visibile così interrompendo il tentativo di formare una sovrapposizione coerente ed usando come meccanismo di controllo.

“Lo stato di sovrapposizione deve durare una durata utile,„ Glover spiega. “Ma i raggi x interagiscono forte con gli elettroni di memoria interna di un atomo e l'eccitazione dei raggi x degli elettroni di memoria lascia più debolmente i fori dietro cui sono riempiti da altro, elettroni rilegati così rapidamente che lo stato sovrapposto dura soltanto un femtosecondo o così.„

Il Glover dice che un approccio a risolvere questo problema di breve vita è “aumentando il numero dei fotoni„ - facendo uso degli impulsi ottici molto intensi alle coppie il materiale affermare più categoricamente. Per un'energia di impulso data del laser, l'intensità aumenta mentre la lunghezza di impulso diminuisce.

Ma per vedere il sistema combinato della luminoso materia, l'impulso dei raggi x deve essere almeno come bruscamente o più breve dell'impulso del laser ed entrambi gli impulsi devono avvicinare con il media. Queste circostanze sono riempite usando gli impulsi sincronizzati, misuranti circa 200 femtosecondi, degli entrambi indicatore luminoso e raggi x ottici.

Un beamline molto speciale

“Beamline 6.0.2 era il primo ed ancora uno di soltanto tre posti nel mondo in cui questi esperimenti potrebbero essere fatti,„ il Glover dice. Il laser intenso dell'esperimento pulsa brevi stati coerenti creati di sovrapposizione nel gas al neon denso dentro la cella, che ha reso il neon pressurizzato nella cella di gas trasparente alle razze di x.

“Quantum mechanicaly che parla, là è interferenza distruttiva fra due vie di assorbimento e questo diminuisce l'assorbimento,„ dice il Glover. “Cioè rende il media trasparente.„ Per la prima volta, gli impulsi ottici erano stati usati per gestire come i raggi x interagiscono con la materia.

Gli sperimentatori hanno messo rapidamente questa finestra al neon effimera a servizio pratico, facendo uso di per misurare più semplicemente la durata dell'impulso dei raggi x del femtosecondo-disgaggio ad alta precisione di è stato possibile prima, con l'abilità aggiunta di modellatura degli impulsi della razza di x su una cronologia genealogica di femtosecondo.

“A nostra conoscenza ci sono non altri approcci possibili a modellare gli impulsi dei raggi x con precisione di femtosecondo,„ il Glover dice. “Dimostrando un modo modellare i raggi x sulla scala cronologica di femtosecondo, abbiamo aperto la porta “a controllo„ esperimenti di quantum - ora possibili soltanto con la a lungo lunghezza d'onda luminosa nel regime dei raggi x.„

I Raggi X hanno specificità dell'elemento - possono essere sintonizzati per parlare con generi particolari di atomi in una molecola molto più efficacemente dell'indicatore luminoso visibile può. “Una serie di avanzamenti sembrano possibili,„ dice il Glover. “Modellare gli impulsi su questa scala cronologica sarà importante negli esperimenti che cercano di gestire le reazioni chimiche, le transizioni di fase ed altri fenomeni.„

Più molto lontano può essere il potenziale di usando l'indicatore luminoso per gestire la fase di impulsi dei raggi x. È difficile da da costruzione gli specchi e le zolle di zona perfetti per i raggi x di focalizzazione, ma quel problema potrebbe essere superato usando le lenti di gas controllate da indicatore luminoso. Il controllo di Fase sopra gli impulsi dei raggi x ha potuto piombo ai nuovi modi fare le immagini delle strutture complesse come i cristalli della proteina.

Impulsi dei Raggi X di cui forma, lunghezza e l'intensità è evenbe precisamente controllato di forza capace di contrassegnare i diversi atomi e di seguirli con una serie complessa di reazioni chimiche come la fotosintesi. Dice il Glover, “Noi può potere esercitare il controllo sopra come la materia si evolve e che percorsi le reazioni chimiche catturano.„

Nella generazione seguente di sorgenti luminose, facendo uso dei laser a elettroni liberi per produrre ultrabright, ultraveloce, i raggi x di tariffa di alto-ripetizione, tali usi potenziali della capacità di gestire i raggi x con indicatore luminoso aprirebbero un panorama dell'abbagliamento di comprensione e di controllo sopra il mondo naturale.

Last Update: 13. January 2012 02:12

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