Controlar Raios X com Luz é Uma Etapa Para o Controlo de Como a Matéria Se Comporta

Published on March 23, 2010 at 7:45 PM

Como o jogo de um jogo da tesoura-papel-rocha, uma equipe dos cientistas conduzidos pela Porta-luvas de Thornton E. (Ernie) da Fonte Luminosa Avançada do Laboratório de Berkeley (ALS), o Jovem de Linda do Laboratório Nacional de Argonne, e do Ali Belkacem da Divisão de Ciências Químicas do Laboratório de Berkeley usaram o laser para controlar feixes de raio X - primeiramente mudando o media material com que os raios X passam.

Controlar raios X com fatias ultrashort de luz é uma etapa para o controlo de como a matéria se comporta, dando forma a raios X com outros raios X, e eventualmente dirigir as reacções químicas dos trajectos pode tomar. Trabalhando no beamline Avançado 6.0.2 do femtosegundo de Fonte Luminosa, uma equipe dos cientistas mostra como pode ser feita. Enquanto uma nova geração de fontes luminosas poderosas vem em linha, os feixes de raio X intensos podem poder controlar directamente a matéria e permitir que um feixe dos raios X controle outro.

Usando o beamline 6.0.2 da espectroscopia do femtosegundo do ALS (quadrillionth de um segundo), a Porta-luvas e seus colegas enviaram pulsos ultrashort de raios X do laser e da alto-freqüência junto através de uma pilha de gás enchida com o néon pressurizado. Entusiasmado pelo laser pulsa, o gás, que absorve normalmente raios X, tornou-se transparente aos pulsos do raio X durante sua passagem rápida.

A ampola de Schroedinger

“Nós fomos inspirados pela ciência nova interessante demonstrada nas experiências do sistema ótico do quantum que usam a luz visível para controlar a luz visível,” dizemos a Porta-luvas. “Um exemplo espectacular está retardando a luz a uma paralisação próxima em alguns media. A capacidade a, de facto, luz da parada em um media tem pedidos potenciais para o armazenamento e o processamento de informação do quantum.”

A Porta-luvas diz que um outro exemplo do controle óptico está usando a luz visível para induzir a transparência em um media. “Nós empreendemos nossa própria pesquisa na esperança que conduziria às maneiras novas e interessantes de usar raios X assim como a luz visível.”

O comportamento da Luz em um media como o ar ou o vidro ou a água é determinado pela interacção de seu campo eletromagnético com os elétrons do media. Em um fenômeno quantum-mecânico chamado superposição coerente, um pulso da “bomba” de luz acopla dois estados materiais diferentes de modo que quando um pulso subseqüente da “ponta de prova” impulsiona um elétron a qualquer um dos estados entusiasmado, o elétron termine acima em ambos os estados simultaneamente.

Embora isto fosse feito com luz visível, ninguém tinha controlado com sucesso um pulso do raio X da ponta de prova esta maneira antes do trabalho da Porta-luvas e dos seus colegas. as raias da Alto-Energia x interagem com os elétrons em escudos atômicos diferentes e criam os estados entusiasmado que deterioram mil vezes mais rapidamente do que aquelas criadas pela luz visível - assim interrompendo a tentativa de formar uma superposição coerente e usando a como um mecanismo de controle.

“O estado da superposição tem que durar para uma duração útil,” Porta-luvas explica. “Mas os raios X interagem fortemente com os elétrons de núcleo interno de um átomo, e a excitação do raio X de elétrons de núcleo deixa os furos atrás de que é enchido por outro, mais fraca elétrons encadernados tão rapidamente que o estado superposed dura para somente um femtosegundo ou assim.”

A Porta-luvas diz que uma aproximação a resolver este problema da curto-vida é “aumentando o número de fotão” - usando pulsos ópticos muito intensos mais fortemente aos pares o material indica. Para uma energia de pulso dada do laser, a intensidade aumenta enquanto o comprimento do pulso diminui.

Mas para considerar o sistema combinado da luz-matéria, o pulso do raio X tem que ser pelo menos como curto ou mais curto do que o pulso do laser, e ambos os pulsos têm que juntar com o media. Estas circunstâncias são estadas conformes usando os pulsos sincronizados, medindo aproximadamente 200 femtosegundos, dos ambos luz e raios X ópticos.

Um beamline muito especial

“Beamline 6.0.2 era o primeiro e ainda um de somente três lugares no mundo onde estas experiências poderiam ser feitas,” a Porta-luvas diz. O laser intenso da experiência pulsa breves estados coerentes criados da superposição no gás de néon denso dentro da pilha, que tornou o néon pressurizado na pilha de gás transparente às raias de x.

O “Quantum que fala mechanicaly, lá é interferência destrutiva entre dois caminhos da absorção e este reduz a absorção,” diz a Porta-luvas. “Isto é, faz o media transparente.” Pela primeira vez, os pulsos ópticos tinham sido usados para controlar como os raios X interagem com a matéria.

Os experimentadores puseram rapidamente este indicador de néon efémero ao serviço prático, usando o para medir mais simplesmente a duração do pulso do raio X da femtosegundo-escala à precisão alta do que foi possível antes, com a capacidade adicionada de dar forma a pulsos da raia de x em uma escala de tempo do femtosegundo.

“Ao nosso conhecimento há não outras aproximações viáveis a dar forma a pulsos do raio X com precisão do femtosegundo,” a Porta-luvas diz. “Demonstrando uma maneira de dar forma a raios X no calendário do femtosegundo, nós abrimos a porta “ao controle as” experiências do quantum - agora possíveis somente com luz do longo-comprimento de onda - no regime do raio X.”

Os Raios X têm a especificidade do elemento - podem ser ajustados para falar muito mais eficazmente aos tipos particulares dos átomos em uma molécula do que a luz visível pode. “Um número de avanços parecem possíveis,” diz a Porta-luvas. “Dar Forma a pulsos neste calendário será importante nas experiências que procuram controlar reacções químicas, transições de fase, e outros fenômenos.”

Mais muito longe pode ser o potencial de usar a luz para controlar a fase de pulsos do raio X. É difícil fabricar espelhos e placas de zona perfeitos para raios X de focalização, mas esse problema poderia ser superado usando lentes do gás controladas pela luz. O controle de Fase sobre pulsos do raio X podia conduzir às maneiras novas de fazer imagens de estruturas complexas como cristais da proteína.

Pulsos do Raio X cujos forma, comprimento, e a intensidade é evenbe precisamente controlado do poder capaz de etiquetar átomos individuais e dos seguir com uma série complexa de reacções químicas como a fotossíntese. Diz a Porta-luvas, “Nós pode poder exercer o controle sobre como a matéria evolui e que trajectos as reacções químicas tomam.”

Na próxima geração de fontes luminosas, usando lasers do livre-elétron para produzir ultrabright, ultrafast, os raios X da taxa da alto-repetição, tais usos potenciais da capacidade para controlar raios X com luz abririam um panorama do brilho da compreensão e do controle sobre o mundo natural.

Last Update: 13. January 2012 00:21

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