光でX線を制御することは物質がどのように動作するかを制御するための第一歩です。

Published on March 23, 2010 at 7:45 PM

グーチョキパー、バークレー研究所の高度な光源のソーントンE.(アーニー)グローバー(ALS)が率いる科学者チームは、アルゴンヌ国立研究所のリンダヤング、とのアリベルカセムのゲームプレイのようなバークレー研究所の化学物質を第一の材料の媒体を介してX線のパスを変更することにより、 - 科学部門には、X線ビームを制御するためにレーザー光を使用しています。

光の超スライスでX線を制御することは、他のX線とX線を整形し、最終的に化学反応を取ることができる経路を指示する、問題がどのように動作するかを制御するための第一歩です。高度な光源のフェムト秒ビームライン6.0.2で働いて、科学者のチームは強力な光源の新世代done.Asする方法を示してオンラインになると、強烈なX線ビームは、直接問題を制御し、1度のビームを許可することができるかもしれませんX線は、別のを制御するための。

ALSのフェムト秒(秒兆分の)分光ビームライン6.0.2を使用して、グラバーと彼の同僚は、加圧ネオンで満たされたガスセルを通してレーザー光と高周波のX線の超短パルスを一緒に送った。レーザーパルスによって励起、通常はX線吸収するガスは、、それらの迅速な通過の間にX線パルスに透明になりました。

シュレーディンガーの電球

"我々は可視光を制御するために可視光を使用する量子光学の実験で示され、興味深い新たな科学に触発された、"グローバー氏は述べています。 "一つの壮大な例は、いくつかのメディアで近く停止する光を減速している。 、実質的に、媒体に光を停止する機能は、量子情報の保管と処理のための潜在的なアプリケーションを持っています。"

グローバーは、光制御のもう一つの例は、メディアの透明性を誘導するために可視光を用いていると語る。 "我々は、X線と同様に可視光を使用するための新しい、興味深い方法につながることを期待して独自の研究に着手した。"

空気やガラスや水などの媒質中の光の挙動は、培地に含まれる電子との電磁界の相互作用によって決定されます。その後の"プローブ"パルス励起状態のいずれかに電子を引き上げる際に、電子は、同時に両方の状態で終わりますコヒーレントな重ね合わせと呼ばれる量子力学的現象、光夫婦の"ポンプ"パルスつの異なる物質の状態のように。

これは可視光で行われていたが、誰も成功しグローバーと彼の同僚の仕事の前にプローブX線パルスをこのように制御していなかった。高エネルギーX線は、異なる原子殻に電子が相互作用し、千倍高速な可視光によって作成されたものよりも減衰の励起状態作成する - ため、coherent重ね合わせを形成するための試みを中断し、制御機構として、それを使って。

"重ね合わせ状態は、時間の便利な長さに耐えるように持っている、"グローバーは説明する。 "しかし、X線は原子の内核電子と強く相互作用し、内殻電子のX線励起では、そうすぐに重畳された状態でのみフェムト秒かそこらのために継続する他、より弱く結合電子が充填されている後ろの穴を残します。"

より強くカップル材料の状態に非常に強い光パルスを用いて - 。グローバーは、この短期寿命問題を解決する一つのアプローチは、"光子の数を増やすことで"と言うパルスの長さが減少するとして指定されたレーザーパルスエネルギーの場合、強度が増加する。

しかし、合成光と物質のシステムを表示するには、X線パルスがレーザパルスよりも少なくとも同程度に短くしたり短くする必要があり、両方のパルスが一緒に媒体を介して移動する必要があります。これらの条件は、可視光やX線の両方の200フェムト秒、約測定、同期させたパルスを使用することで満たされます。

非常に特殊なビームライン

"ビームライン6.0.2は、これらの実験を行うことができる世界で唯一の3つの場所の最初とまだ1つだった、"グローバー氏は述べています。実験の高強度レーザーパルスはX線に対して透過ガスセル内の加圧されたネオンをレンダリングするセル内の密なネオンガス、に短いコヒーレントな重ね合わせ状態を作成しました。

"量子mechanicalyを話すが、2つの吸収経路、これは吸収を減少させる間に破壊的な干渉がある、"グローバー氏は述べています。 "つまり、それはメディアが透明になります。"初めて、光パルスはX線が物質と相互作用する方法を制御するために使用されていた。

実験者はすぐにフェムト秒のX線パルスをシェーピングの追加機能で、より簡単に前に可能であったよりも高精度にフェムト秒スケールのX線パルスの持続時間を測定するためにそれを使用して、実用的なサービスには、この一時的なネオンのウィンドウを置く時間スケール。

"私たちの知る限りではフェムト秒の精度でX線パルスを形成するには、他の実行可能なアプローチが存在しない、"グローバー氏は述べています。 "X線領域で - - 現在可能な唯一の長波長の光を持つフェムト秒時間スケールでX線を形成する方法を示すことによって、我々は"量子制御"実験への扉を開いてきました。"

X線は、要素の特異性を持っている - 彼らは、はるかに効果的に可視光ができるよりも分子内の原子の特定の種類の話をするように調整することができます。 "進歩の数は可能なように見える、"グローバー氏は述べています。 "このタイムスケールでパルスをシェーピングする化学反応、相転移、および他の現象を制御するために求める実験で重要となる。"

さらに足を伸ばしてX線パルスの位相を制御する光を使用しての潜在的な可能性があります。それは、X線を集束させるための完璧なミラーやゾーンプレートを作製することは困難ですが、その問題は、光によって制御されるガスのレンズを使用することによって克服することができます。 X線パルス以上の位相制御は、タンパク質結晶のような複雑な構造の画像を作るための新しい方法につながる可能性があります。

その形状、長さ、および強度を正確に制御されているX線パルスは、個々の原子にラベルを付けたり、光合成のような化学反応の複雑な一連のそれらに従うことがevenbeがあります。グローバーは、"我々は、物質が進化し、どのような化学反応が取るパスがどのように制御を行使することができるかもしれない"と語る。

超高輝度、超高速、高繰り返し率X線を生成するために自由電子レーザーを用いた光源、次世代のでは、光とX線を制御する能力のような潜在的な用途は理解と制御以上の見事なパノラマを開くでしょう自然界。

Last Update: 7. October 2011 07:31

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