Аттосекундные задержки в ионизации молекул рентгеновского излучения
Международная группа ученых впервые сообщила о невероятно малых временных задержках в электронной активности молекулы при воздействии на частицы рентгеновских лучей. Для измерения этих крошечных высокоскоростных событий, известных как аттосекундные задержки, исследователи использовали лазер для генерации интенсивных рентгеновских вспышек, которые позволили им составить карту внутренних процессов атома. Их результаты показали, что когда электроны выбрасываются рентгеновскими лучами, они взаимодействуют с другим типом частиц, называемых электронами Оже-Мейтнера, вызывая вторичную паузу, которая никогда не была обнаружена ранее. Эти результаты имеют значение для широкого спектра областей исследований, поскольку изучение этих взаимодействий может открыть новые идеи о сложной молекулярной динамике, сказал Лу ДиМауро, соавтор исследования и профессор физики в Университете штата Огайо. Исследование было опубликовано в журнале Nature.
Экспериментальная схема.
Кредит: Nature (2024). DOI: 10.1038/s41586-024-07771-9
Хотя за последние два десятилетия ученые добились значительных успехов в изучении аттосекундных задержек с использованием ультрафиолетового света, на протяжении многих лет эта задача усложнялась из-за нехватки современных инструментов, необходимых для их получения.
Это было настолько сложно, что Пьер Агостини, почетный профессор физики в Университете штата Огайо, был удостоен Нобелевской премии по физике 2023 года за свою прошлую работу по разработке методов изучения динамики электронов с использованием импульсов света, которые длятся сотни аттосекунд — единицы времени, эквивалентной одной квинтиллионной доли секунды.
По словам ДиМауро, лишь сравнительно недавно новые технологии, такие как линейный ускоритель когерентного света (LCLS) — массивный лазер на свободных электронах в Национальной ускорительной лаборатории SLAC Стэнфордского университета — значительно упростили создание и визуализацию этих импульсов в лабораторных условиях.
Используя LCLS, команда изучала, как электроны населяют молекулу оксида азота, сосредоточившись на электронных частицах, которые находятся вблизи кислородного ядра атома. Они обнаружили, что были неожиданно большие задержки, которые составляли до 700 аттосекунд, закономерность, которая предполагает, что при определении того, что их вызывает, могут играть роль более сложные факторы, сказала Александра Ландсман, соавтор исследования и профессор физики в Университете штата Огайо.
«Мы посмотрели, что происходит, когда вы вынимаете электрон из глубины атома, и меня удивило, насколько сложной оказалась динамика этих глубоко связанных электронов», — сказал Ландсман. «Это означает, что поведение гораздо сложнее, чем думали ученые, и нам нужны лучшие теоретические описания, чтобы полностью описать взаимодействие света и материи».
Тем не менее, несмотря на то, что для более глубокого понимания структуры этих взаимодействий необходимы дополнительные исследования, обнаружение ранее скрытых подробностей о них также дает ученым новые идеи для размышления, сказал ДиМауро.
Например, некоторые эксперты полагают, что если ученые смогут лучше понять поведение внутри частиц, их открытия могут оказаться жизненно важными для прорыва в технологиях ранней диагностики рака, например, для возможности использования молекулярных маркеров для диагностики рака крови или обнаружения злокачественных опухолей.
Кроме того, в данной статье предполагается, что в сочетании с теоретическими моделями исследователи могли бы использовать достижения аттосекундной науки, чтобы заглянуть в материю в самых малых масштабах, которые только можно себе представить, а также более подробно изучить многие более широкие загадки физической вселенной.
«Я с нетерпением жду возможности увидеть, как мы используем аттосекундные импульсы, чтобы узнать больше о науке, технике или природе в целом», — сказал ДиМауро. «Потому что то, что описано в этой статье, является указанием на область, которая действительно будет процветать».
